CN202133203U - 一种能量回收式汽液分离器 - Google Patents
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Abstract
一种能量回收式汽液分离器，包括主体和主体内由下至上依次设置的入流均布喷射器、折流分离层、冷却分凝层和均流收气器，折流分离层与冷却分凝层组成的复合式分离层和入流均布喷射器在主体外还通过一回流管连接。本实用新型设有换热器（冷却分凝层），一体化设计，设备无活动部件，结构简单紧凑，大大简化了制冷系统流程，从而降低了系统投资成本；复合式分离层的设计，回收利用液相制冷剂膨胀降温产生的冷量进一步提纯净化混合工质，确保在整个系统循环中进入多股流换热器的混合工质几乎不含润滑油等杂质，大大提高了系统的稳定性和可靠性，同时也提高了系统效率和能源利用率；均流进、排气设计，汽液分离效率高，应用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及混合工质低温气体液化技术领域中的汽液分离设备，尤其是涉及一种能量回收式汽液分离器。
背景技术
基于常规压缩机驱动的多元混合工质节流制冷循环以其结构简单、效率高、性能可靠等优点引起了广泛的关注和重视，该制冷系统中唯一的运动部件是压缩机，而采用普冷领域广泛使用、技术成熟的单级油润滑压缩机，在提高系统稳定性和可靠性的同时大大降低了系统成本，这就为小型低温气体液化装置的工业化应用奠定了基础。采用油润滑压缩机驱动混合工质一次节流制冷系统流程简单，但依然存在一些技术问题：第一，由于混合工质中高沸点组元凝固点较高，在低温工况时有可能固相析出，堵塞节流元件，从而进一步影响系统的稳定运行；第二，采用油润滑压缩机作为制冷系统动力源，最大的问题就是如何高效滤油，商业油分离器对油滴可以进行很好的分离，但是对于溶解于混合工质中的润滑油油气则分离困难，当润滑油随高压混合工质气流进入多股流换热器低温端时，即使是少量的润滑油凝固，都有可能导致多股流换热器微通道或节流阀堵塞，同时系统回油不畅，导致压缩机润滑不足，影响压缩机的使用寿命；第三，采用常规分离器，在回油的同时使得大量的高压混合工质在没有制冷之前就随润滑油返回压缩机，造成能量浪费，降低了系统的循环效率。
如何实现不同沸点混合工质组元的高效分离，同时较好地解决制冷系统低温工况时润滑油等杂质堵塞问题一直被广泛的关注和大力研究。1936年W.J. Podbielniak（U.S. Patent No.1,426,956）提出一种混合工质多级节流循环，其工质在不同温度分离节流。1959年A.P. Kleemenko成功将混合制冷剂内复叠循环应用于天然气液化装置中，其循环流程依据不同温区和工质种类设置一个或几个汽液分离器，同时在每个分离器之间安装一个或几个换热器，以逐级分离高低沸点混合工质及润滑油。这种制冷循环系统可靠性有一定的提高，但是系统构成非常复杂，运行和维护费用大，因而难以满足许多应用场合的要求。1973年D.J. Missimer（U.S. Patent No.3,768,273）采取将混合制冷剂逐级部分汽液分离的方式使得油润滑压缩机驱动的混合工质节流制冷机获得商业应用，但循环中仍然需要多个分离器，系统构成仍较复杂。另有一些学者对流程中不设置汽液分离器的混合工质一次节流制冷系统做了深入研究，其混合工质主要采用惰性气体（如氮气、氖气、氩气）及烷烃类气体（如甲烷、乙烷、丙烷、异戊烷、异丁烷）的混合物。由于系统中润滑油等杂质不能彻底清除，制冷系统低温工况时仍然存在堵塞问题，系统稳定性有待提高。近些年来，利用制冷系统低压工质返流来冷却高压工质气流，实现高压混合工质组元的分凝分离，同时去除润滑油等杂质的研究思路也被提出。W. A. Little（U.S. Patent No.5,724,832，1995；U.S. Patent No.5,617,739，1996）从润滑油分离的角度出发提出了一种自清洁循环，就是利用低压工质返流冷量来实现压缩机润滑油分离。其他类似研究报道见诸C.N. Patent ZL99203770.0 (陈光明，2000)、C.N. Patent 1361399A (吴剑峰，2002)、C.N. Patent 101625191A(吴剑峰，2010)等，上述技术措施可以实现润滑油分离，但所采用分离器结构较复杂，制造成本较高，系统稳定性和投资成本都受到影响。
综上所述，常规分离器主要采用机械分离的方式对混合工质不同沸点组元进行汽液分离，难以提供足够的让混合工质进行传热、传质的空间接触面积和气液接触停留时间，因而难以达到高效分离的目的。同时，增大了制冷系统的复杂性和投资成本，降低了系统的稳定性和经济性，因而不适合小型低温气体液化装置。
实用新型内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于，提供一种汽液分离效率高、应用范围广的能量回收式汽液分离器。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种能量回收式汽液分离器，包括主体和主体内由下至上依次设置的入流均布喷射器、复合式分离层和均流收气器，主体外还通过一回流管连接主体底部和复合式分离层，主体底部与入流均布喷射器连通。
一种能量回收式汽液分离器，包括主体和主体内由下至上依次设置的入流均布喷射器、折流分离层、冷却分凝层和均流收气器，所述冷却分凝层在主体外还通过一回流管连接。被冷凝器冷却后的高压混合工质进入入流均布喷射器，富含高沸点组分和润滑油的液相混合物沉积于汽液分离器底部，富含低沸点组分的气相混合工质在沉积液中浸没洗油后上升，经固定于器壁槽道的折流分离层进行折流分离和重力沉降，然后进入冷却分凝层；汽液分离器底部的沉积液由回流管引出，经节流阀减压膨胀后，进入冷却分凝层的导流管道，与上升的气相混合工质进行热交换；被净化提纯后的气相混合工质经均流收气器进入下一级制冷部件继续降温。
所述复合式分离层包括依次由下至上设置的折流分离层和冷却分凝层，或者包括依次由下至上设置的冷却分凝层和折流分离层。
优选的，所述入流均布喷射器为设置的至少一条管道，管道一端连通主体侧面，另一端封闭于主体内，管道侧面开有均流孔隙，管道开有均流孔隙的一侧朝下设置；当均流孔隙直径小于1mm时，均流孔隙设置有至少1000个；当均流孔隙直径为1～4 mm时，均流孔隙设置有400～1000个；当均流孔隙直径大于4mm时，均流孔隙设置有最多400个。入流均布喷射器封闭于主体内的一侧封堵，管道下侧设有均流孔隙，上侧不设均流孔隙，气液两相态混合工质进入入流均布喷射器，从所设均流孔隙向侧下方四周喷射，液相工质沉积于主体底部，气相射流在液相工质中浸没、翻滚、上升，在实现传热、传质的同时再次清洗润滑油。
优选的，所述折流分离层为一百叶挡板，所述冷却分凝层为一翅片换热器。
优选的，所述回流管入口设于与入流均布喷射器均流孔相对的主体底部，回流管上设有节流阀。汽液分离器底部的沉积液从回流管引出，经过节流阀膨胀减压降温后进入冷却分凝层的导流管。
优选的，所述均流收气器为设置的至少一条管道，管道一端连通主体侧面，另一端于主体内开通，管道侧面开有均流孔，管道开有均流孔的一侧朝上设置；当均流孔直径小于1mm时，均流孔设置有至少1000个；当均流孔直径为1～4 mm时，均流孔设置有500～1000个；当均流孔直径为4～12 mm时，均流孔设置有100～500个；当均流孔直径大于12mm时，均流孔设置有最多100个。被净化提纯后的气相混合工质从上侧均流孔和开通端进入均流收气器，此过程中气相工质流所夹带液滴可以被离心甩出。
优选的，所述均流收气器的主体内开通的一侧向下倾斜设置。均流收气器开通端向下倾斜安装，即使出流气相混合工质中夹带液滴，也会流向主体内部，保证进入下一级部件的气相混合工质中不夹带液滴。
优选的，主体外侧面于入流均布喷射器和折流分离层间设有视镜，可观察汽液分离器内制冷剂液面的变化情况。
优选的，所述折流分离层和冷却分凝层的尾部和主体侧面间均设有挡板，以分隔开主体内上下两部分的空间，保证分离和冷却效果。
优选的，主体的底部长与主体的高度比值为：0.2～5.0。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：一、汽液分离器内设有换热器（冷却分凝层），一体化设计，设备无活动部件，结构简单紧凑，大大简化了制冷系统流程，从而降低了系统投资成本；二、复合式分离层设计，回收利用液相制冷剂膨胀降温产生的冷量进一步提纯净化混合工质，确保在整个系统循环中进入多股流换热器的混合工质几乎不含润滑油等杂质，大大提高了系统的稳定性和可靠性，同时也提高了系统效率和能源利用率；三、均流进、排气设计，汽液分离效率高，应用范围广，特别适用于液氮及以上温区的混合工质节流制冷循环。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
一种能量回收式汽液分离器，应用于一个小型低温气体液化系统，系统制冷剂采用六元混合工质，其浓度摩尔百分比为N2： 5～30%；CH4 ：10～35%；C2H6 ：5～20%；C3H8 ：10～40%；iC4H10 和iC5H12 总和不超过10%。系统采用单级油润滑压缩机驱动制冷系统，系统压比为1.0～10.0，系统高压小于50.0bar。
如图1所示，本实用新型提供的能量回收式汽液分离器，由入流均布喷射器6、折流分离层4、冷却分凝层2、挡板3、均流收气器1、回流管7、节流阀8、视镜5等部件构成，折流分离层4为一百叶挡板，冷却分凝层2为一翅片换热器。入流均布喷射器6为设置的至少一条管道，管道一端连通主体侧面，另一端封闭于主体内且封堵，管道侧面开有均流孔隙，管道开有均流孔隙的一侧朝下设置；入流均布喷射器封闭于主体内的一侧封堵，管道下侧设有均流孔隙，上侧不设均流孔隙，气液两相态混合工质进入入流均布喷射器，从所设均流孔隙向侧下方四周喷射，液相工质沉积于主体底部，气相射流在液相工质中浸没、翻滚、上升，在实现传热、传质的同时再次清洗润滑油。当均流孔隙直径小于1mm时，均流孔隙设置有至少1000个；当均流孔隙直径为1～4 mm时，均流孔隙设置有400～1000个；当均流孔隙直径大于4mm时，均流孔隙设置有最多400个。均流收气器1为设置的至少一条管道，管道一端连通主体侧面，另一端于主体内开通，管道侧面开有均流孔，管道开有均流孔的一侧朝上设置；被净化提纯后的气相混合工质从上侧均流孔和开通端管孔进入均流收气器，此过程中气相工质流所夹带液滴可以被离心甩出。当均流孔直径小于1mm时，均流孔设置有至少1000个；当均流孔直径为1～4 mm时，均流孔设置有500～1000个；当均流孔直径为4～12 mm时，均流孔设置有100～500个；当均流孔直径大于12mm时，均流孔设置有最多100个。均流收气器1的主体内开通的一侧向下倾斜设置，均流收气器开通端向下倾斜安装，即使出流气相混合工质中夹带液滴，也会流向主体内部，保证进入下一级部件的气相混合工质中不夹带液滴。
折流分离层4和冷却分凝层2的尾部和主体侧面间均设有挡板3，以分隔开主体内上下两部分的空间，保证分离和冷却效果。主体的底部长与主体的高度比值为：0.2～5.0。
具体汽液分离过程为：
被系统预冷设备冷却后的混合工质进入汽液分离器的入流均布喷射器6，富含高沸点组分和润滑油的液相混合物沉积于汽液分离器底部，富含低沸点组分的气相混合工质在沉积液中浸没洗油后上升，经固定于器壁槽道的折流分离层4进行折流分离和重力沉降，然后进入冷却分凝层的翅片空间；汽液分离器底部沉积液从回流管7引出，经节流阀8减压膨胀后，进入冷却分凝层2的导流管道，与上升的气相混合工质进行热交换，然后返回压缩机。被净化提纯后的气相混合工质经由均流收气器1进入多股流换热器进行更低降温。稳定工况时，汽液分离器入口混合工质温度与其出口混合工质温度温差为1.0～10.0℃，可回收冷量100～1500W。系统降温过程中，可通过视镜5观察汽液分离器内制冷剂液面变化情况。实验前期，汽液分离器内液面波动较大，这时由于节流阀8开度调节所致，但回流管7节流阀8前后温度测点无异常波动，节流效应稳定，因此可推断混合制冷剂液面位于下视镜下端时，其存液仍足以保证洗油和回冷要求。系统稳定工况时，制冷剂液面介于上下视镜之间，跟预期设计相符。
以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种能量回收式汽液分离器，其特征在于，包括主体和主体内由下至上依次设置的入流均布喷射器、复合式分离层和均流收气器，主体外还通过一回流管连接主体底部和复合式分离层，主体底部与入流均布喷射器连通。
2.根据权利要求1所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，所述复合式分离层包括依次由下至上设置的折流分离层和冷却分凝层，
或者包括依次由下至上设置的冷却分凝层和折流分离层。
3.根据权利要求2所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，所述折流分离层为一百叶挡板，所述冷却分凝层为一翅片换热器。
4.根据权利要求1所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，所述入流均布喷射器为设置的至少一条管道，管道一端连通主体侧面，另一端封闭于主体内，管道侧面开有均流孔隙，管道开有均流孔隙的一侧朝下设置；当均流孔隙直径小于1mm时，均流孔隙设置有至少1000个；当均流孔隙直径为1～4 mm时，均流孔隙设置有400～1000个；当均流孔隙直径大于4mm时，均流孔隙设置有最多400个。
5.根据权利要求4所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，所述回流管入口设于与入流均布喷射器均流孔相对的主体底部，回流管上设有起减压膨胀作用的节流阀。
6.根据权利要求1所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，所述均流收气器为设置的至少一条管道，管道一端连通主体侧面，另一端于主体内开通，管道侧面开有均流孔，管道开有均流孔的一侧朝上设置；当均流孔直径小于1mm时，均流孔设置有至少1000个；当均流孔直径为1～4 mm时，均流孔设置有500～1000个；当均流孔直径为4～12 mm时，均流孔设置有100～500个；当均流孔直径大于12mm时，均流孔设置有最多100个。
7.根据权利要求6所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，所述均流收气器的主体内开通的一侧向下倾斜设置。
8.根据权利要求1所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，主体外侧面于入流均布喷射器和折流分离层间设有视镜。
9.根据权利要求1所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，所述折流分离层和冷却分凝层的尾部和主体侧面间均设有挡板。
10.根据权利要求1所述的能量回收式汽液分离器，其特征在于，主体的底部长与主体的高度比值为：0.2～5.0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120201 Termination date: 20140617 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |