CN209638003U - 油气分离装置和包含该油气分离装置的空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油气分离领域，具体提供了一种油气分离装置以及包含该油气分离装置的空调系统，其中该油气分离装置包括壳体以及容纳于所述壳体内的导向构件，其中，所述壳体包括外壳体以及设置于所述外壳体内侧的导向套，所述导向套的内壁和所述导向构件的外缘之间具有间隙；其中，所述导向构件固定于所述壳体且所述导向构件形成有螺旋腔，所述螺旋腔分别设置有进气口和排气口，气体经所述进气口进入所述螺旋腔后经所述排气口排出，期间被分离出的液体中的至少一部分甩出至所述导向套并汇聚至所述壳体的底部。本实用新型通过气流在螺旋腔的流动实现了气液分离，螺旋腔的空间尺寸小且流道平滑过渡所需的气流的阻力损失较小，有利于提高整个空调系统的能效。

Description

油气分离装置和包含该油气分离装置的空调系统

技术领域

本实用新型涉及油气分离领域，具体涉及一种油气分离装置和包含该油气分离装置的空调系统。

背景技术

对于大型的空调系统(如热泵风冷螺杆水机系统)而言，为了保证压缩机的正常运行，需要通过回油管道为压缩机提供润滑油，在此过程中，往往会出现润滑油混入气态冷媒的情形，这会影响系统的整体性能。因此需要为压缩机配置将润滑油和气态冷媒进行分离的油气分离装置。油气分离之后的润滑油可以通过回油管被重新送入压缩机的回油管道用于实现对压缩机相关部件的润滑，而气态冷媒则通过循环流通中的相变实现系统的制冷制热功能。

目前的油气分离装置通常是基于润滑油和制冷剂的蒸发密度不同的原理，通过将装置的气流通道突然扩大的方式实现油气分离。具体而言，气流通道突然扩大必然会伴随气流的流速骤降，此时通过设置允许气体通过的过滤网等连通结构即可通过撞击拦截的方式使密度大的润滑油改变流出方向，从而将润滑油从气态冷媒分离出来。不过，气流通道突然扩大的方式往往会使装置具有较大的体积，改变流体方向往往会导致气流的压降较大，因此会降低系统的整体能效。

相应地，本领域需要一种新的油气分离装置来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的油气分离装置存在的体积和压降较大的问题，本实用新型一方面提供了一种油气分离装置，该油气分离装置包括壳体以及容纳于所述壳体内的导向构件，其中，所述壳体包括外壳体以及设置于所述外壳体内侧的导向套，所述导向套的内壁和所述导向构件的外缘之间具有间隙；其中，所述导向构件固定于所述壳体且所述导向构件形成有螺旋腔，所述螺旋腔沿气体的流向在靠近上游端和下游端的位置分别设置有进气口和排气口，具有流速且包含液体的气体经所述进气口进入所述螺旋腔后经所述排气口排出，期间被分离出的液体中的至少一部分甩出至所述导向套并汇聚至所述壳体的底部。

由于气流在螺旋腔内的运动较为规则加之螺旋腔内的流道平滑过渡，因此所需的气流的阻力损失较小，气流在实现气液分离时的压降较少，有利于提高整机的能效。并且由于可以将油气分离装置直接安装压缩机的排气管路上，因此不需要单独为油气分离装置预留出安装空间，而且螺旋式的气流通道更为紧凑，因此减小了配置有油气分离装置的整机的尺寸。

通过这样的设置，气液分离后产生的液体在离心力的作用下在甩至导向套之后汇聚至壳体的底部。对于没有甩至导向套的液体，由于导向套的内壁和导向构件的外缘之间有间隙，因此也可以直接通过间隙到达壳体的底部，有效地避免了气液分离后产生的液体驻留在导向构件的现象。

需要说明的是，间隙的作用主要用于保证液体能够顺利汇聚至壳体的底部，因此不宜过大。这是因为，假如间隙过大，则可能会带来这样的问题，形成涡流的气体中有一部分窜入间隙，因此无法继续借助于螺旋腔继续进行气液分离，此外，窜入间隙的气体还可能将引导槽内壁或者直接通过间隙到达壳体的底部的液体重新带走，因此间隙过大会影响气液分离效果。经过实用新型人的大量实验，间隙以不大于2mm为宜，如2mm。

可以理解的是，壳体与导向套可以是一体成型，也可以是彼此固定连接的方式，如通过焊接、粘接等不可拆卸的连接方式或者螺接、卡接等可拆卸的连接方式。以彼此固定连接为例，可以根据导向套和壳体的分工对二者的材质、表面处理等方面进行区分设置。如示例性地，壳体与导向套通过焊接的方式固定连接，导向套的刚度大于壳体且导向套的内壁为光滑的耐腐蚀层。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述导向构件包括导向柱以及盘绕于所述导向柱的螺旋导向叶片，所述螺旋导向叶片通过导向柱固定于所述壳体。

通过这样的设置，进入螺旋腔的气体可以围绕着导向柱形成螺旋气流并顺着导向柱轴向从排气口排出。同时螺旋导向叶片借助于导向柱与壳体相连接，保证了螺旋导向叶片的连接稳定性。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述螺旋导向叶片的上表面在靠近径向外侧的位置形成有第一引导结构，以便引导存留在所述螺旋导向叶片上的液体。

通过这样的设置，存留在所述螺旋导向叶片上的大部分液体直接在离心力的作用下甩向等高位置的导向套，小部分的液体首先在离心力的作用下到达第一引导结构，之后在自身重力和离心力的共同作用下甩向较低位置的导向套或者直接经间隙流向下方的集油槽。可以理解的是，在满足引导作用的前提下，如第一引导结构可以是径向向外厚度逐渐减小的台阶面或者分布于径向外侧的螺旋槽等。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述螺旋导向叶片包括基体部分以及设置于所述基体部分外侧的外缘部分，所述外缘部分的厚度沿径向向外减小以便形成所述第一引导结构。

如外缘部分的厚度由内向外逐渐减小，这样一来，就可以在外缘部分的上表面形成一个斜面的第一引导结构。可以理解的是，在满足引导作用的前提下，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，如外缘部分的上表面为弧面等。

需要说明的是，基体部分可以是等厚的结构，也可以是径向向外厚度减小的结构。如螺旋导向叶片的上表面全部为沿径向向外厚度减小的斜面。在能够保证螺旋导向叶片的连接强度和使用过程中的强度的前提下，可以灵活选择螺旋导向叶片的厚度分布。

此外，还需要说明的是，沿导向柱的轴向观察，上游部分和下游部分的螺旋导向叶片之间的结构也可以相同或者不同，本领域技术人员可以根据实际情形灵活处理。如在螺旋导向叶片的上表面全部为沿径向向外厚度减小的斜面的情形下，上游部分和上游部分的斜面的斜率可以不同，如上游部分由于气体中含有的液体较多，因此斜面的斜率较大，下游部分由于液体较少，因此斜面的斜率较大。甚至可以将下游部分的斜面处理为平面，即下有部分为等厚结构等。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述螺旋导向叶片的外缘以多点连接的方式与所述壳体相连接。

螺旋导向叶片通常为较薄的片状结构，且为了保证气液分离的充分实现，螺旋导向叶片需要具有一定的径向尺寸。这样一来，当高速气流通过螺旋导向叶片以实现气液分离的期间，螺旋导向叶片可能出现一定程度的晃动。因此通过将螺旋导向叶片的径向外侧进一步与导向套多点连接，不仅进一步保证了导向构件的静态连接稳定性，尤其当高速气流通过螺旋导向叶片以实现气液分离期间，有效地避免了螺旋导向叶片出现晃动的问题。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述导向套的内壁设置有引导槽，以便将到达所述导向套内壁的液体经所述引导槽汇聚至所述壳体的底部。

分离出来的液体在甩至引导槽之后，可以在顺着引导槽快速地滑落到底部的集油腔。导向套的内壁周向可以均匀或者不均匀地分布有多个引导槽，多个引导槽的结构可以相同或者不同。举例而言，引导槽包括槽底及其两侧的槽壁，槽底可以是竖向结构或者沿竖向由外向内倾斜的结构，两侧的槽壁之间可以彼此平行也可以具有夹角，如两侧的槽壁形成一个由外向内开扩的结构。可以理解的是，在具有引导作用的前提下，本领域技术人员可以根据实际情形灵活选择。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述壳体内设置有横向的隔板，所述隔板将所述壳体自上而下划分为彼此连通的分离腔和集油腔，其中，所述螺旋导向叶片位于所述分离腔。

分离腔和集油腔彼此连通的方式如可以是：隔板的外缘通过多点连接的方式与壳体相连接。在引导槽的下端位于隔板的上方的情形下，隔板可以通过多点连接的方式与外壳体相连接。在引导槽的下端与隔板等高或者位于隔板的下方的情形下，隔板可以通过多点连接的方式与引导槽相连接。当然，还可以通过其他形式彼此连通，如隔板与壳体一体成型，在隔板靠近径向外侧的部分开孔等，本领域技术人员可以根据实际情形灵活选择。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述集油腔设置有回油口，所述进气口和所述排气口均设置于所述分离腔。

气液分离后的气体经排气口排出，聚集至集油腔内的液体可以及时地通过回油口排出。通过隔板的设置，可以有效地阻挡到达集油腔内的液体再次回窜进入分离腔。因此可以降低分离出的液体重新随着气流被排出的概率。由于进气口和排气口均位于隔板上方的分离腔，因此可以进一步降低液体重新随着气流被排出的概率。

在上述油气分离装置的优选技术方案中，所述隔板的上表面为中部高于外缘；并且/或者所述隔板的上表面设置有第二引导结构，以便将存留在所述隔板上的液体引导至所述集油槽。

在有液体存留在隔板的上表面的情形下，中部高于外缘的径向高度差和第二引导结构的设置均可以将存留在隔板上的液体及时、有效地引导至下方的集油腔，因此本领域技术人员可以根据实际需求选用通径向高度差和第二引导结构的其中一个或者二者的组合来有效地将隔板上的液体引导至集油槽。

如隔板为“中部区域为平面、外缘区域高度减小”大致为倒扣碗状结构。对于径向高度差而言在满足引导功能的前提下，本领域技术人员可以根据实际情形灵活选择隔板的具体结构，如隔板也可以是中部至外缘高度减小的锥面结构等。对于第二引导结构而言，其可以是与前述的第一引导结构类似的结构，也可以是本领域技术人员根据实际情形灵活选择的结构。

本实用新型另一方面还提供了一种空调系统，该空调系统包括压缩机，所述压缩机配置有前述任一项方案所述的油气分离装置。

通过在空调系统的压缩机的排气管路上加入本实用新型的油气分离装置，即可通过强制引导气流旋转从而产生离心力的方式实现气液分离。此外，还可以通过调整螺旋腔的螺距来适应不同压缩机的排气量，也可以串联径向尺寸不同的螺旋腔以实现对不同大小的液滴的精准分离，因此对应用场景具有良好的适应性。

同时需要说明的是，该空调系统具有前述的油气分离装置的所有技术效果在此不再赘述。

附图说明

下面参照附图并结合热泵系统来描述本实用新型的油气分离装置。附图中：

图1示出本实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的结构示意图；

图2示出本实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的剖视示意图；

图3示出图2中局部A的放大示意图；

图4示出实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的引导槽的结构示意图；以及

图5示出实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的导向构件的结构示意图。

附图标记列表：

1、壳体；11、外壳体；111、壳筒；112、盖体；12、导向套；121、引导槽；1211、槽底；1212、槽壁；13、间隙；2、排气管；3、回油管；4、进气管；51、导向柱；52、螺旋导向叶片；521、弧面部分；522、点焊位置；6、隔板；61、连接端；71、分离腔；72、集油腔。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。在不偏离本实用新型原理的条件下，任何形式的改变都落入本实用新型的保护范围之中。例如，虽然是以结合热泵系统来描述本实用新型的油气分离装置的，但是显然这只是一个示例，并不是对本实用新型的油气分离装置的限制，如空调系统还可以是其他形式，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。显然，调整后的技术方案仍将落入本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，图1示出本实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的结构示意图。如图1所示，油气分离装置包括壳体1，壳体1在大致左上方、左下方和右下方的位置分别设置有排气口、回油口和进气口并连接有大致水平的排气管2、回油管3和进气管4，其中，排气管2的管径大于进气管4，回油管3的管径最小。热泵系统中的压缩机的排气口与进气管4相连接，具有流速且包含润滑油的气态冷媒从进气管4进入壳体1内并进行油气分离。油气分离后，液态的润滑油汇聚至油气分离装置的壳体底部并在压差的作用下经回油管3重新进入压缩机的回油管道并对压缩机进行润滑，气态冷媒则通过上方的排气管2排出并参与热泵系统的制冷/制热循环。

参照图2至图5，图2示出本实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的剖视示意图，图3示出图2中局部A的放大示意图，图4示出实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的引导槽的结构示意图，图5示出本实用新型一种实施例的热泵系统的油气分离装置的导向构件的结构示意图。如图2至图5所示，油气分离装置的壳体1包括外壳体11以及容纳于外壳体11内侧的以及设置于外壳体内侧的导向套12，外壳体11包括壳筒111和壳筒111上方的盖体112，壳筒111的底部为中部向下凹的结构，导向套12的内壁沿周向均匀地设置有多个引导槽121。如引导槽121的槽底1211为竖向平面或者竖向弧面，两侧的槽壁1212为由外向内开扩的结构。壳体1的内部设置有导向构件，导向构件包括中部的导向柱51以及盘绕于导向柱的螺旋导向叶片52，螺旋导向叶片52的上表面在靠近径向外侧的位置形成有作为第一引导结构的弧面部分521，且导向套12的内壁和螺旋导向叶片52的外缘之间具有约2mm的间隙13。壳筒111内设置有横向的隔板6，隔板6位于导向套12的下方并将壳体1内部的腔体自上而下划分为分离腔71和集油腔72，如隔板6为等厚板且直径小于壳体1的内径，隔板6的外缘通过多点连接的方式与壳体1的内壁相连因此分离腔71和集油腔72可以彼此连通。导向柱51的上端固定于盖体112，导向柱51的下端固定于隔板6。装置的进气口和排气口均位于分离腔71而回油口位于集油腔72。

这样一来，具有流速且包含润滑油的气态冷媒从进气管4进入壳体1内并沿螺旋导向叶片52形成自下而上运动的涡流。在此过程中，润滑油在离心力和自身重力的作用下从气态冷媒中分离出来，即实现了气流的油气分离。

在一种具体的实施方式中，导向柱51的上端和下端分别通过焊接的方式固定于盖体112和隔板6，螺旋导向叶片52的外缘通过点焊(点焊位置522)的方式以多点连接的方式固定于导向套12。隔板6的外缘沿周向加工有多个连接端61，连接端61通过卡接或者焊接的方式固定于外壳体11，或者也可以将连接端省略，直接将隔板6通过如点焊的方式直接固定于外壳体11。

综上所述，在本实用新型的优选技术方案中，油气分离装置包括壳体以及容纳于壳体内的导向构件，壳体包括外壳体以及设置于外壳体内侧的导向套，壳体内设置有横向的隔板从而将壳体自上而下划分为彼此连通的分离腔和集油腔，装置的进气口和排气口均位于分离腔而回油口位于集油腔。导向套上设置有引导槽，导向构件包括导向柱以及盘绕于导向柱的螺旋导向叶片，导向柱的两端分别与壳体和隔板固定相连，螺旋导向叶片以多点连接的方式与导向套相连接，导向套的内壁和螺旋导向叶片的外缘之间具有不大于2mm的间隙。通过螺旋导向叶片的设置，有效地实现了油气分离。通过导向套和引导槽的设置，便于将油气分离后的润滑油引导至集油槽。通过螺旋导向叶片与引导槽的多点连接，保证了螺旋导向叶片在实现油气分离过程中的稳定性。通过隔板以及排气口处于隔板上方的设置并结合对螺旋导向叶片和引导槽之间的间隙控制，保证了油气分离的效果。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油气分离装置，其特征在于，该油气分离装置包括壳体以及容纳于所述壳体内的导向构件，

其中，所述壳体包括外壳体以及设置于所述外壳体内的导向套，所述导向套的内壁和所述导向构件的外缘之间具有间隙；

其中，所述导向构件形成有螺旋腔，所述螺旋腔沿气体的流向在靠近上游端和下游端的位置分别设置有进气口和排气口，

具有流速且包含液体的气体经所述进气口进入所述螺旋腔后经所述排气口排出，期间被分离出的液体中的至少一部分甩出至所述导向套并汇聚至所述壳体的底部。

2.根据权利要求1所述的油气分离装置，其特征在于，所述导向构件包括导向柱以及盘绕于所述导向柱的螺旋导向叶片，所述螺旋导向叶片通过导向柱固定于所述壳体。

3.根据权利要求2所述的油气分离装置，其特征在于，所述螺旋导向叶片的上表面在靠近径向外侧的位置形成有第一引导结构，以便引导存留在所述螺旋导向叶片上的液体。

4.根据权利要求3所述的油气分离装置，其特征在于，所述螺旋导向叶片包括基体部分以及设置于所述基体部分外侧的外缘部分，所述外缘部分的厚度沿径向向外减小以便形成所述第一引导结构。

5.根据权利要求2所述的油气分离装置，其特征在于，所述螺旋导向叶片的外缘以多点连接的方式与所述壳体相连接。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的油气分离装置，其特征在于，所述导向套的内壁设置有引导槽，以便将到达所述导向套内壁的液体经所述引导槽汇聚至所述壳体的底部。

7.根据权利要求6所述的油气分离装置，其特征在于，所述壳体内设置有横向的隔板，所述隔板将所述壳体自上而下划分为彼此连通的分离腔和集油腔，

其中，所述螺旋导向叶片位于所述分离腔。

8.根据权利要求7中所述的油气分离装置，其特征在于，所述集油腔设置有回油口，

所述进气口和所述排气口均设置于所述分离腔。

9.根据权利要求7或8所述的油气分离装置，其特征在于，所述隔板的上表面为中部高于外缘；并且/或者

所述隔板的上表面设置有第二引导结构，以便将存留在所述隔板上的液体引导至所述集油腔。

10.一种空调系统，包括压缩机，其特征在于，所述压缩机配置有如权利要求1至9中任一项所述的油气分离装置。