[發明專利]一種可控制潤滑油循環量的氣液分離器和控制方法

有效

• 申請號: 201510499533.3
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN105115204B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 魏晉;張蔚琳;唐黎明;陳琪;陳光明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B43/02
• 分類號: F25B43/02;F25B49/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及制冷和熱泵技術領域，特別涉及一種可控制潤滑油循環量的氣液分離器和控制方法。

背景技術

在二氧化碳制冷/熱泵領域里，氣液分離器能夠貯存系統內部部分的制冷劑，防止壓縮機液機和擴充系統容量，調節系統壓力等。常見的二氧化碳氣液分離器主要由罐體、兩相流體入口、排氣管、出液口組成。其中兩相流體入口位于罐體中部，出液口位于罐體底部。排氣管的進氣口位于罐體內部，一端位于罐體上部作為罐內氣體出口，另一端連出罐體，排氣管的底部有一大小固定的小孔作為出油孔，位于罐體底部。

在壓縮式二氧化碳制冷/熱泵系統中，由于良好的兼容性，常使用PAG作為壓縮機潤滑油，而PAG潤滑油與二氧化碳在系統內無法完全互溶。運行時，無法溶解的潤滑油會隨著二氧化碳在系統內循環，過多的潤滑油會導致換熱器換熱效率下降，從而對系統COP造成嚴重的負面影響，而潤滑油量不足則會造成壓縮機排氣溫度上升、壓縮機效率下降等不良影響，嚴重時甚至損壞壓縮機。

但是在現有的二氧化碳制冷/熱泵系統運行時，由于密度較大，無法溶解的潤滑油會積存在氣液分離器底部，普通的氣液分離器通過在排氣管的出油孔使潤滑油回到壓縮機，以保持系統的穩態運行，但其不具備對油回路的控制功能，而系統油循環量與二氧化碳質量流量有關，會隨著工況的改變而改變，尤其是使用變頻壓縮機時，油循環量將隨壓縮機頻率改變而改變，當油循環量增大，系統穩態運行時，氣液分離器底部潤滑油積存量也會增大，這將導致大量潤滑油隨二氧化碳液體進入蒸發器，降低蒸發器換熱效率；類似地，當油循環量減小，氣液分離器底部潤滑油積存量減小，導致過量二氧化碳液體通過排氣管的出油孔，隨二氧化碳氣體進入壓縮機，導致壓縮機進口帶液。

因此，如何使優化二氧化碳制冷/熱泵系統中油循環量提高系統整體性能變得十分重要。

發明內容

本發明提供了一種可控制潤滑油循環量的氣液分離器，可以有效優化液態工質和潤滑油的循環過程，提高制冷/熱泵系統的換熱效率和運行穩定性。

一種可控制潤滑油循環量的氣液分離器，包括罐體，伸入罐體的三相流體管，設置在罐體上部的氣體出口，設置在罐體下部的出液口和出油口，所述氣體出口連接有出氣管，所述出氣管包括在垂直方向上不高于出油口的回油段，所述回油段與出油口之間通過輸油管連通，所述輸油管上設有控制流量的調節閥，所述出液口在垂直方向上高于所述出油口；

所述氣液分離器還包括檢測所述出液口和出油口所在平面的壓力差以控制調節閥開度的傳感器組件。

本發明適用于工質液體的密度小于潤滑油液體的密度的制冷/熱泵系統，例如二氧化碳制冷/熱泵系統，采用二氧化碳作為工質，本發明將出油口設置在出液口的下方，通過在罐體內設置兩個液體出口來分離密度不同而分層的工質液體和潤滑油液體，并通過調節閥的控制，保證潤滑油液體自出油口進入排氣管，工質液體自出液口排出，從而避免了壓縮機進口帶液以及潤滑油進入系統循環換熱降低換熱效率的問題。

傳感器組件通過檢測罐體內的液體在所述出液口和出油口所在平面的壓力差來判斷工質液體和潤滑油液體的分界面位置，從而控制調節閥開度，實現控制潤滑油液體的流量，避免罐體內潤滑油過多進入出液口或者潤滑油液體過少而導致工質液體進入出油口。

為了使潤滑油液體可以順利排出，優選的，所述輸油管相對水平面傾斜設置，所述出油口位于較高端。

為了可以更好地控制潤滑油液體的流量，所述輸油管的傾斜角度不宜過大，優選的，所述輸油管相對水平面的傾斜角度為5°～10°。上述角度即能使潤滑油液體順利排出，且流速不會很大，易于通過調節閥控制和調節流速。

為了使包括工質氣體、工質液體和潤滑油液體的混合流體可以在罐體內更好得分離，優選的，所述出油口設置在罐體的底部，所述出液口位于所述罐體總高度的1/4～1/3的水平位置上，所述三相流體管的出口位于所述罐體總高度的2/3～3/4的水平位置上。上述設置將混合流體通入罐體的中上部，從而充分地散布整個罐體，加速分層；并且出液口與出油口高度差較大，從而使工質液體和潤滑油液體具有足夠的移動空間，控制和調節潤滑油液體的流速范圍大。

為了使工質液體快速流出罐體，優選的，所述出液口連接的出液管自罐體的底部伸出罐體。

為了便于制造、安裝和維護，優選的，所述出氣管的回油段位于罐體外部。