气液分离器及具有其的空调系统

摘要

本发明提供了一种气液分离器及具有其的空调系统。根据本发明的气液分离器，包括：壳体，壳体内部形成密闭的气液分离腔；以及两相进管、出液管和出气管，均与气液分离腔相连通，出液管的位于气液分离腔内的管口低于出气管的位于气液分离腔内的管口；出气管具有从气液分离腔向出气管中补充液体的补液结构。根据本发明的气液分离器及具有其的空调系统，气液分离器的出气管具有补液结构，出气管与压缩机气缸连通，压缩机工作时，出气管向气缸中补入一定液体，液体与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度，从而提高压缩机的适用范围。

权利要求

1.一种气液分离器，包括：

壳体(10)，所述壳体(10)内部形成密闭的气液分离腔；以及两相进管(20)、出液管(30)和出气管(40)，均与所述气液分离腔相连通，所述出液管(30)的位于所述气液分离腔内的管口低于所述出气管(40)的位于所述气液分离腔内的管口；

其特征在于，所述出气管(40)具有从所述气液分离腔向所述出气管(40)中补充液体的补液结构；

所述补液结构包括补液管(43)，所述补液管(43)包括连接所述出气管(40)和所述两相进管(20)的第一补液管，以及连接所述出气管(40)和所述出液管(30)的第二补液管，所述第一补液管和所述第二补液管上设置有阀门(44)。

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(10)卧式设置；

所述两相进管(20)和所述出液管(30)从所述壳体(10)的底部插入至所述气液分离腔的下部；

所述出气管(40)从所述壳体(10)的底部插入至所述气液分离腔并向上延伸到所述气液分离腔的上部。

3.根据权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述壳体(10)底部设置有位于所述两相进管(20)与所述出液管(30)之间的且相对所述出气管(40)对称布置的两个孔板(11)。

4.根据权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述两相进管(20)从所述壳体的中部进入所述气液分离腔，或者沿切向方向进入所述气液分离腔。

5.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述两相进管(20)、所述出液管(30)和所述出气管(40)的管口均设置为斜切口。

6.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述补液结构的位置低于所述两相进管(20)和所述出液管(30)的位于所述气液分离腔内的管口的位置。

7.一种空调系统，包括：

压缩机(101)；

蒸发器(104)，与所述压缩机(101)相连通；

冷凝器(102)，与所述压缩机(101)相连通；

其特征在于，还包括权利要求1至6中任一项所述的气液分离器(103)，所述气液分离器(103)的两相进管(20)与所述冷凝器(102)的出气孔相连通，出液管(30)与所述蒸发器(104)相连通，出气管(40)与压缩机的气缸相连通。

说明书

气液分离器及具有其的空调系统

技术领域

[0001] 本发明涉及制冷领域，具体而言，涉及一种气液分离器及具有其的空调系统。

背景技术

[0002] 空气源热泵系统具有节能环保优点，在我国南方地区广泛使用，但由于在我国北方地区冬季室外环境温度很低，制热量迅速衰减，且系统可靠性降低，无法满足冬季采暖的需求。采用两级压缩热泵系统可有效提高低温制热量，从而改善热泵系统在低温条件下运行性能。

[0003] 在现有的两级压缩喷气增焓系统中，若使用R32或NH3等高排气温度制冷剂在压缩机高频运转时会出现压缩机排气温度过高问题，这样势必限制了双级压缩系统的适用范围，压缩机的可靠性也会降低。

发明内容

[0004] 本发明旨在提供一种有效降低压缩机排气温度的气液分离器及具有其的空调系统，以提高双级压缩空调系统的适用范围。

[0005] 本发明提供了一种气液分离器，包括：壳体，壳体内部形成密闭的气液分离腔；以及两相进管、出液管和出气管，均与气液分离腔相连通，出液管的位于气液分离腔内的管口低于出气管的位于气液分离腔内的管口；出气管具有从气液分离腔向出气管中补充液体的补液结构。

[0006] 进一步地，两相进管和出液管从壳体的顶部插入至气液分离腔的下部；出气管从壳体的底部插入至气液分离腔的上部；补液结构为设置在出气管管壁上并且位于气液分离腔底部的补液孔。

[0007] 进一步地，两相进管和出液管从壳体的顶部插入至气液分离腔的下部；出气管从壳体的顶部插入并通过U形管使其管口位于气液分离腔的上部；补液结构为设置在U形管的管壁上的补液孔。

[0008] 进一步地，补液孔上设置有过滤网。

[0009] 进一步地，两相进管和出液管从壳体的顶部插入至气液分离腔的下部；出气管从壳体的底部插入至气液分离腔的上部；补液结构包括补液管，补液管的上端位于气液分离腔的下部，补液管的下端位于壳体的外部并连接到出气管的侧壁，补液管上设置有阀门。

[0010] 进一步地，两相进管和出液管从壳体的底部插入至气液分离腔的下部；出气管从壳体的底部插入至气液分离腔的上部；补液结构包括补液管，补液管包括连接出气管和两相进管的第一补液管，以及连接出气管和出液管的第二补液管，第一补液管和第二补液管上设置有阀门。

[0011] 进一步地，气液分离腔中设置有位于两相进管与出液管之间的孔板。

[0012] 进一步地，壳体立式设置，其侧壁呈圆筒形；两相进管从壳体的侧壁的中部进入气液分离腔，出液管从壳体的侧壁的下部进入气液分离腔的下部；出气管从壳体的底部插入至气液分离腔并向上延伸到气液分离腔的上部；补液结构为设置在出气管管壁上并且位于气液分离腔的底部的补液孔。

[0013] 进一步地，两相进管沿壳体圆筒形侧壁的切线方向进入气液分离腔；补液孔上设置有过滤网。

[0014] 进一步地，壳体卧式设置；两相进管和出液管从壳体的顶部插入气液分离腔并向下延伸到气液分离腔的下部；出气管从壳体的底部插入气液分离腔并向上延伸到气液分离腔的上部；补液结构为设置在出气管管壁上并且位于气液分离腔底部的补液孔，补液孔上设置有过滤网。

[0015] 进一步地，壳体卧式设置；两相进管和出液管从壳体的底部插入至气液分离腔的下部；出气管从壳体的底部插入至气液分离腔并向上延伸到气液分离腔的上部；补液结构包括补液管，补液管包括连接出气管和两相进管的第一补液管，以及连接出气管和出液管的第二补液管，第一补液管和第二补液管上设置有阀门。

[0016] 进一步地，壳体底部设置有位于两相进管与出液管之间的且相对出气管对称布置的两个孔板。

[0017] 进一步地，两相进管从壳体的中部进入气液分离腔，或者沿切向方向进入气液分离腔。

[0018] 进一步地，两相进管、出液管和出气管的管口均设置为斜切口。

[0019] 进一步地，补液结构的位置低于两相进管和出液管的位于气液分离腔内的管口的位置。

[0020] 本发明还提供了一种空调系统，包括：压缩机；蒸发器，与压缩机相连通；冷凝器，与压缩机相连通；还包括前述的气液分离器，气液分离器的两相进管与冷凝器的出气孔相连通，出液管与蒸发器相连通，出气管与压缩机的气缸相连通。

[0021] 根据本发明的气液分离器及具有其的空调系统，气液分离器的出气管具有补液结构，出气管与压缩机气缸连通，压缩机工作时，出气管向气缸中补入一定液体，液体与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度，从而提高了压缩机的可靠性，进而提高压缩机的适用范围。

附图说明

[0022] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0023] 图1是根据本发明的气液分离器的第一实施例的结构示意图；

[0024] 图2为图1的中标号I处的局部放大图；

[0025] 图3是根据本发明的气液分离器的第一实施例的尺寸要求示意图；

[0026] 图4为图3的中标号III处的局部放大图；

[0027] 图5是根据本发明的气液分离器的第二实施例的结构示意图；

[0028] 图6为图5的中标号II处的局部放大图；

[0029] 图7是根据本发明的气液分离器的第三实施例的结构示意图；

[0030] 图8是根据本发明的气液分离器的第四实施例的结构示意图；

[0031] 图9是根据本发明的气液分离器的第五实施例的结构示意图；

[0032] 图10为图9所示实施例的气液分离器的俯视图；

[0033] 图11是根据本发明的气液分离器的第六实施例的结构示意图；

[0034] 图12是根据本发明的气液分离器的第七实施例的结构示意图；

[0035] 图13a和图13b为图11或图12所示实施例的气液分离器的侧视图；

[0036] 图14为根据本发明的空调系统的第一实施例的结构示意图；

[0037] 图15为根据本发明的空调系统的第二实施例的结构示意图；以及

[0038] 图16为根据本发明的空调系统的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0039] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0040] 如图1、5、7、8、9、11、12所示，根据本发明的气液分离器，包括：壳体10，壳体10内部形成密闭的气液分离腔；以及与气液分离腔相连通的两相进管20、出液管30和出气管40，出液管30的位于气液分离腔内的管口低于出气管40的位于气液分离腔内的管口；出气管40具有从气液分离腔向出气管40中补充液体的补液结构。出气管40与压缩机气缸连通，压缩机工作时，出气管40向气缸中补入一定液体冷媒，液体冷媒与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度，从而提高了压缩机的可靠性，进而提高压缩机的适用范围。

[0041] 优选地，补液结构的位置低于两相进管和出液管的位于气液分离腔内的管口的位置，从而使进入补液结构的气态冷媒尽量少，便于控制进入补液结构的液态冷媒的量。

[0042] 如图1和2所示，根据本发明的第一实施例，两相进管20和出液管30从壳体10的顶部插入至气液分离腔的底部，两相进管20和出液管30的管口位于气液分离腔的液面以下，两相进管20气体和液体两相混合进入气液分离腔使气液分离，出气管40从壳体10的底部插入至气液分离腔顶部，出气管40的管口位于液面以上。

[0043] 当两相进管20和出液管30的管口均位于液面以下时，气液分离器具有双向性质用于热泵系统，即在制冷和制热时，两相进管20和出液管30的功能可以互换使用。气液分离腔的中部设置有一孔板11，孔板11位于两相进管20与出液管30之间，对从两相进管20出的气泡有一定的阻挡作用，防止气泡之间进入出液管30，提高气液分离效果。

[0044] 补液结构为设置在出气管40管壁上并且位于气液分离腔底部的补液孔41，即出气管40上的补液孔41设置在液面以下向出气管40中补充液体，补充的液体最终进入压缩机气缸中，与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度。由于补液孔41的孔径较小，为了防止液体中的杂质堵塞补液孔41，在补液孔41上设置过滤网42对进入补液孔41的液体过滤。

[0045] 由于气液分离器的尺寸对系统性能影响明显，因此需要根据系统能力设计相应气液分离器尺寸，图3和图4为气液分离器尺寸示意图，设计原理如下，在系统制冷能力为5kW时，气液分离器直径D设定为30～60mm范围内，最佳气液分离器直径为40mm左右，气液分离器高度H，H设定为2≤H/D≤6范围内，两相进管20的直径dtp设定为5～9.52mm范围内，出液管30的直径dl设定为0.5≤dl/dtp≤1范围内，出气管40的直径dg设定为0.3≤dg/dl≤1范围内，两相进管20高度Htp设定为0≤Htp/H≤0.5范围内，出气管40的高度Hg设定为0.5≤Hg/H≤1范围内，补液孔41的直径dc设定为0.1≤dc/dg≤0.5，喷液孔高度Hc设定为0≤Hc≤Htp范围内。当系统能力在其他范围时，气液分离器设计尺寸以5kW为基准，相应尺寸乘以 其中Qe为制冷量，5即为基准制冷量5kw。

[0046] 补液孔41直径dc对系统性能影响非常明显，dc过大，补液量过多造成压缩机湿压缩，补液量过少压缩机排气温度降低不明显，因此合适的补液孔41直径对系统正常运行非常重要。喷液孔计算采用出气管内两相制冷剂空泡系数计算方法，表1中给出了喷液孔直径计算结果，选用R32制冷剂，在给定不同的制冷剂总流量，饱和温度、干度及给定的出气管直径，表明出气管直径和干度对喷液孔直径影响非常较大。

[0047] 表1喷液孔直径计算结果

[0048]流量 温度 干度 出气管直径 喷液孔直径
kg/h ℃ / mm mm
53.34 22.2 0.54 5 2.16
56.06 23.6 0.59 4.6 1.85
58 25.1 0.64 2.4 0.79
60.79 26.7 0.67 2.1 0.62
64.04 28.5 0.69 1.8 0.48
50.22 30.3 0.31 1.63 0.80
58.12 9.3 0.69 1.37 0.27

[0049] 如图5和6所示，根据本发明的第二实施例，两相进管20和出液管30从壳体10的顶部插入至气液分离腔的底部，两相进管20和出液管30的管口位于气液分离腔的液面以下，两相进管20气体和液体两相混合进入气液分离腔使气液分离，出气管40从壳体10的顶部插入并通过U形管使其管口位于气液分离腔顶部，U形管的一部分位于气液分离腔的液面以下，补液结构为设置在U形管位于液面以下的管壁上的补液孔41，补液孔41为一个或者多个设置在不同高度上通孔，补液孔41上设置有防止杂质堵塞补液孔41的过滤网42。一部分液体的冷媒从补液孔41进入出口管40，并最终进入压缩机气缸，与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度。

[0050] 当两相进管20和出液管30的管口均位于液面以下时，气液分离器具有双向性质用于热泵系统，即在制冷和制热时，两相进管20和出液管30的功能可以互换使用。气液分离腔的中部设置有一孔板11，孔板11位于两相进管20与出液管30之间，对从两相进管20出的气泡有一定的阻挡作用，防止气泡之间进入出液管30，提高气液分离效果。

[0051] 如图7所示，根据本发明的第三实施例，两相进管20和出液管30从壳体10的顶部插入至气液分离腔的底部，两相进管20和出液管30的管口位于气液分离腔的液面以下，两相进管20气体和液体两相混合进入气液分离腔使气液分离，出气管40从壳体10的底部插入至气液分离腔顶部，出气管40的管口位于液面以上。气液分离腔的中部设置有位于两相进管20与出液管30之间阻隔气泡的孔板11。

[0052] 补液结构包括补液管43，补液管43的上端位于气液分离腔的下部，补液管43的下端位于壳体的外部并连接到出气管40的侧壁，补液管上设置有阀门44，用于控制进入出气管40的液态冷媒量。优选地，阀门44为电子膨胀阀和电磁阀，便于自动控制。

[0053] 如图8所示，根据本发明的第四实施例，两相进管20和出液管30从壳体10的底部插入至气液分离腔的底部；出气管40从壳体10的底部插入至气液分离腔顶部；出气管40分别与两相进管20和出液管30通过补液管43连通，补液管43上设置有阀门44用于控制进入出气管40的液态冷媒量，液态冷媒可以直接从出液管30或者两相进管20进入出气管40，由于出液管30和两相进管20以及补液管43完全对称，故这样设置的气压分离器双向使用，即在制冷和制热时切换使用。气液分离腔的中部设置有位于两相进管20与出液管
30之间阻隔气泡的孔板11。

[0054] 如图9所示，根据本发明的第五实施例，壳体10立式设置，其内部形成气液分离腔，壳体的侧壁呈圆筒形；两相进管20从壳体10的侧壁的中部进入气液分离腔，出液管30从壳体10的侧壁的下部进入气液分离腔的底部；出气管40从壳体10的底部插入至气液分离腔顶部，出气管40的管口位于气液分离腔的液面以上，在出气管40位于液面以下的管壁上设置有补液孔41，补液孔41上设置有过滤网42。

[0055] 优选地，如图10所示，两相进管20沿壳体10圆筒形侧壁的切线方向进入气液分离腔，高速的两相冷媒混合气体沿侧壁进入气液分离腔并沿侧壁高速旋转，在离心力的作用下，液体冷媒被甩向侧壁与气体冷媒分离，这样设置两相进管20相对与实施例1至4中具有气液分离效果更好的优点，但是，该气液分离器由于两相进管20和出液管30设置的位置不同(两相进管20的管口位于液面以上，出液管30的管口位于液面以下)。故该气液分离器只能用于单一系统，即制冷或者制热，而不能在同一个系统中完成制冷和制热状态的切换。

[0056] 如图11所示，根据本发明的第六实施例，壳体10卧式设置，其他设置类似于如图1所示的第一实施例，当壳体10卧式设置，加长了两相进管20和出液管30之间的距离，从两相进管20出来的混合气体经过充分的自然分离后才被出液管30吸出，提高了气液分离的效果。也可以在气液分离腔中也可以设置多个孔板11，加强对气泡的阻挡，有利于气液分离。

[0057] 补液结构为设置在出气管40管壁上并且位于气液分离腔底部的补液孔41，即出气管40上的补液孔41设置在液面以下向出气管40中补充液体，补充的液体最终进入压缩机气缸中，与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度。由于补液孔41的孔径较小，为了防止液体中的杂质堵塞补液孔41，在补液孔41上设置过滤网42对进入补液孔41的液体过滤。

[0058] 出气管40也可以为如图5所示第二实施例中采用U形管，补液孔41设置U形管位于液面以下的部分的管壁上。

[0059] 如图12所示，根据本发明的第七实施例，壳体10卧式设置，其他设置类似于如图8所示的第四实施例，当壳体10卧式设置，加长了两相进管20和出液管30之间的距离，从两相进管20出来的混合气体经过充分的自然分离后才被出液管30吸出，提高了气液分离的效果。也可以在气液分离腔中也可以设置多个孔板11，加强对气泡的阻挡，有利于气液分离。优选地，壳体10底部设置两个孔板11，两个孔板11对称设置。

[0060] 如图13a所示，两相进管20可以竖直设置在壳体10的中部，气液两相混合气体自然分离，也可以如图13b所示，沿壳体10的切线设置，使液体冷媒在离心力的作用下与气态冷媒分离。

[0061] 优选地，在上述各个实施例中，两相进管20、出液管30和出气管40的管口均设置为斜切口，增大与气液分离腔的接触面积，有利于气体排入或者吸入。

[0062] 如图14至16所示，本发明的还提供了一种空调系统，包括：压缩机101、蒸发器104以及冷凝器102。蒸发器104与压缩机101的进气口相连通；冷凝器102与压缩机101的出气口相连通；空调系统还包括前述的气液分离器103，气液分离器103的两相进管20与冷凝器102的出气孔相连通，出液管30与蒸发器104相连通，出气管40与压缩机的气缸相连通。出气管40向压缩机气缸中补充一定量的液态冷媒，液体冷媒与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度，从而提高了压缩机的可靠性，进而提高压缩机的适用范围。

[0063] 如图14至16所示，系统制热运行时，高温高压的制冷剂气体从压缩机101排出、经四通换向阀107进入室内的冷凝器102冷凝之后变成低温高压的制冷剂液体，经第一电子膨胀阀105节流之后变成具有一定干度的两相制冷剂进入气液分离器103，经气液分离之后气体进入补气回路被压缩机吸入，同时部分液体经出气管40上的通孔或者补液管同时被压缩机吸入。在气液分离器内的液态冷媒经第二电子膨胀阀106节流之后进入位于室外的蒸发器104蒸发，形成的过热制冷剂经四通阀107被压缩机吸入。

[0064] 如图14所示，空调系统采用如图1所示的第一实施例的气液分离器，该气液分离器由于两相进管20、出液管30对称设置使气液分离器具有双向性质，从而使应用该气液分离器的空调系统既可以工作在制冷循环，也可以工作在制热循环。

[0065] 如图15所示，空调系统采用如图7所示的第三实施例的气液分离器，该气液分离器由于不对称分布，只能用于单一循环，即只能用于制冷循环或者制热循环，而不能在制冷循环和制热循环相互切换。

[0066] 为了解决如图15所示的空调系统不能在制冷循环和制热循环之间相互切换的问题，如图16所示，空调系统设置电磁三通阀108，通过电磁三通阀108来改变制冷循环和制热循环时冷媒的流向，从而使该系统可以同时工作在制冷循环和制热循环。

[0067] 从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

[0068] 根据本发明的气液分离器及具有其的空调系统，气液分离器的出气管具有补液结构，出气管与压缩机气缸连通，压缩机工作时，出气管向气缸中补入一定液体，液体与气缸中的高温制冷剂气体混合并闪发吸热，混合后的制冷剂气体有效地降低了压缩机的排气温度，从而提高了压缩机的可靠性，进而提高压缩机的适用范围。

[0069] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。