带回热功能的气液分离器及其应用在空调机组中的方法

文档序号:4790592
专利名称:带回热功能的气液分离器及其应用在空调机组中的方法
技术领域
本发明涉及空调领域,更具体而言,涉及ー种带回热功能的气液分离器,所述带回热功能的气液分离器可安装在蒸发器与压缩机之间,用于提高风冷热泵空调机组的能效。本发明还涉及带回热功能的气液分离器应用在空调机组中的方法。
背景技术
目如,空调机组在我国用电负荷中占有相当闻的比例,因此对空调广品的能效提升已经迫在眉睫。风冷热泵空调机组因为使用地区范围广、安装使用方便等优点而得到广泛应用,但是如何提升风冷热泵空调机组的能效,尤其是风冷热泵空调机组在较寒冷地区冬季制热效果不好、制热量不足及效率低下等问题,是需要解决的ー个重要课题。
在实践中,衡量ー个空调产品是否节能,往往是通过測定其制冷/制热性能系数COP值(S卩,能效指标)来进行判定的。众所周知,如果需要在风冷热泵空调机组的制冷/制热循环中获得较大的COP值,可以有两三种方式,一者是在单位制冷量/制热量不变的情况下,減少压缩机在压缩过程的功率耗率;二者是在压缩机的功率消耗不变的情况下,增加单位制冷量/制热量;三者,在增加单位制冷量/制热量的同时,減少压缩机的功率消耗。然而,減少压缩机的功率消耗来获得较大的COP值往往比较困难,所以在现有技术中大多采取的是增加单位制冷量/制热量来实现较大的COP值。增加风冷热泵空调机组的单位制冷量/制热量,可以通过降低冷凝温度、提高蒸发温度来实现,然而降低冷凝温度和提高蒸发温度需要増加换热器的换热面积,而增加换热器的换热面积需要使换热器容积増大,这样一来,不仅需要向空调机组中充注更多的冷媒,同时大大増加了制造成本。另ー方面,较之降低冷凝温度和提高蒸发温度来增加单位制冷量/制热量的方式,采取对冷凝饱和液体过冷的方式往往比较经济和可行。在现有的制冷技术中,对过冷凝饱和液体的过冷往往是通过増大冷凝器的换热面积、或者在冷凝器后増加常规的经济器、回热器来实现的。为了使压缩机不会因带液而产生液击,需要使从蒸发器排出的气体具有一定的过热度,所以一般空调机组会通过增加蒸发器的换热面积或使用回热器来提高气体的过热度,而且一般风冷热泵空调机组都会设置气液分离器来保证空调机组在除霜等恶劣エ况下不会带液;采用常规回热器的空调机组虽然增加了过冷度也提高了过热度,但是现有的回热装置会増加压缩机回气的阻力,从而使压缩机的功率消耗増加。在以上的常规技术中,不管是采取增大换热器的换热面积,还是采用常规的经济器和回热器,均会带来空调机组体积过大、管路复杂、制造成本增加且能效提升不明显等问题,因而无法真正达到节能和成本优化的目的。因此,有必要研发ー种气液分离器,使其能够避免现有技术中存在的上述问题。

发明内容
有鉴于现有技术中的上述缺陷,本发明的目的在于提出了一种用于风冷热泵空调机组的带回热功能的气液分离器,该气液分离器安装在蒸发器和压缩机之间,包括液体过冷通路和气体过热通路两个部分。在过冷通路中,温度较高的冷凝液体通过跟过热通路中温度较低的气体进行热量交換,实现液体的过冷和气体的过热。由于借用了原有气液分离器中较大的空间,既实现了回热功能,又没有増加压缩机的回气阻力,压缩机耗功没有增カロ。经过多次试验验证,在不改变原有空调机组的压缩机和换热器的情况下,采用根据本发明的带回热功能的气液分离器的风冷热泵空调机组运行平稳可靠,制冷量和制热量有所增大,空调机组的能效明显提高,而且压缩机完全无带液现象。根据本发明的ー个方案,提出了ー种带回热功能的气液分离器,其特征在干,所述气液分离器包括过热通路和过冷通路,所述过热通路具有将制冷剂蒸汽引入所述气液分离器内的进气管和将制冷剂蒸汽排出所述气液分离器的出气管,所述过冷通路具有位于所述气液分离器内的一个或多个过冷管,制冷剂液体流过所述过冷管并与引入所述气液分离器内的制冷剂蒸汽进行热交換。优选地,所述过冷通路还具有均液管,所述过冷管的一端连接到所述均液管,在所述均液管内设有液体分配空间,从而将引入所述均液管的制冷剂液体分配到所述过冷管;在所述均液管上设有引入制冷剂液体的进液管;集液管,所述过冷管的另一端连接到所述集液管,在所述集液管内设有液体收集空间,在所述集液管上设有排出制冷剂液体的出液管。优选地,所述进液管被设置为靠近所述均液管的上端,所述出液管被设置为靠近所述集液管的下端。优选地,在所述均液管和所述集液管上对应于所述过冷管分别设有相应数量的连通孔,所述过冷管的两端分别连接到所述均液管和所述集液管上的对应的连通孔中。 优选地,所述出气管为U形管结构,而且在所述U形管结构的底部设有ー个或多个回液孔。优选地,所述出气管的进气端ロ是相对于水平面成20° -40°的斜切ロ。优选地,所述进气管贯穿并固定于所述气液分离器的上部的端盖,而且所述进气管的出气端ロ伸入到所述气液分离器的沿竖向的中间位置。优选地,所述出气管的进气端ロ与所述进气管的出气端ロ沿水平方向错开。优选地,所述出气管的进气端ロ沿竖向位于所述进气管的出气端ロ的上方。根据本发明的ー个方案,还提出了一种将带回热功能的气液分离器应用在空调机组中的方法,其中,从所述空调机组的蒸发器排出的制冷剂蒸汽和从所述空调机组的冷凝器排出的制冷剂液体在所述气液分离器中进行热交換,从而实现制冷剂蒸汽的过热和制冷剂液体的过冷。本发明的有益效果在于,根据本发明的带回热功能的气液分离器不仅能够使气液分离,防止压缩机吸气带液,而且提高了风冷热泵空调机组的性能。一般的风冷热泵空调机组采用本发明以后,可以将空调机组的换热器面积设计得相对小一些,于是在保证空调机组原有性能不变的情况下实现了成本的优化。而且,低温风冷热泵空调机组采用本发明以后,可以省去独立的过冷器或经济器,实现了成本的降低。另外,根据本发明的气液分离器本身具有一定的储液功能,如果将根据本发明的气液分离器的容积做得大ー些,可以完全省去独立的储液器,亦可实现成本的降低。综上所述,本发明兼具了气液分离器、过冷器、回热器、经济器、储液器的功能,是ー种新型多功能的能效提升装置,可广泛用于各种风冷热泵机组。从以下结合附图的本发明的详细描述中,本发明的前述及其它的目的、特征、方面和优点将变得更为明显。


附图被包含于本文以提供对本发明的进ー步的理解,并且被并入本说明书中,构成本说明书的一部分,附图示出了本发明的实施例,并与下面的描述一起用于说明本发明的理念。在附图中,图I是根据本发明的带回热功能的气液分离器的纵向剖视图;图2是图I中的带回热功能的气液分离器沿B向观察的侧视图;图3是图I中的带回热功能的气液分离器沿A-A向剖开的剖视图;
图4示出了制冷剂蒸汽在气液分离器的过热通路中的流动方向;图5示出了制冷剂液体在气液分离器的过冷通路中的流动方向;图6是现有技术的空调机组和采用根据本发明的气液分离器的空调机组的压焓图;图7是采用根据本发明的气液分离器的空调机组示意图。
具体实施例方式下面将參照附图详细描述本发明。图I、图2和图3示出了根据本发明的带回热功能的气液分离器的实施例。根据本发明的气液分离器100包括过热通路和过冷通路,过热通路具有将制冷剂蒸汽引入气液分离器100内的进气管2和将制冷剂蒸汽排出气液分离器100的出气管I ;过冷通路具有位于气液分离器100内的一个或多个过冷管5,制冷剂液体流过过冷管5并与引入气液分离器100内的制冷剂蒸汽进行热交換。过冷通路还具有均液管11,过冷管5的一端连接到均液管11,在均液管11内设有液体分配空间,从而将引入均液管11的制冷剂液体分配到过冷管5 ;在均液管11上设有引入制冷剂液体的进液管10。过冷通路还具有集液管12,过冷管5的另一端连接到所述集液管12,在集液管12内设有液体收集空间,在集液管12上设有排出制冷剂液体的出液管13。虽然在图1-3所示的实施例中,均液管11和集液管12都位于气液分离器100的壳体4的外部,但是本发明不局限于此,均液管11和集液管12也可以位于壳体4的内部,在这种情况下,进液管10和出液管13分别贯穿气液分离器100的壳体4而连接到均液管11和集液管12。当然,也可以采取均液管11和集液管12中的一者位于壳体4的内部,另一者位于壳体4的外部。优选地,进液管10被设置为靠近均液管11的上端,并与上端相隔的距离为50mm。出液管13被设置为靠近集液管12的下端,并与下端相隔的距离为50mm。均液管11和集液管12的直径和长度可以相同或不同。均液管11和集液管12的截面积等于或稍大于进液管10和出液管13的截面积。进液管10、均液管11、出液管13和集液管12都可以采用诸如铜管等管形材料制作,均液管11和集液管12的两端可以用铜冒封头钎焊或其它方式密封。在均液管11和集液管12上可以对应于过冷管5分别设有相应数量的连通孔9,例如采用拔孔エ艺制作,这些连通孔9沿管的纵向均匀或非均匀地分布,过冷管5的两端分别连接到均液管11和集液管12上的对应的连通孔中,连接处可以采用焊接或其它方式连接。优选地,可以在壳体4上设置管孔,在管孔上焊接套管,过冷管5穿过套管而安装固定在壳体4上,过冷管5与套管之间以焊接的方式连接固定。过冷管5可以采用较细的内螺纹铜管制作,以加强换热,过冷管5的数量和长度可以根据实际需要来确定。另外,过冷管5可以形成为各种形式的弯曲状,使得过冷管5中的制冷剂液体在气液分离器100中有足够长的流路,从而能够进行充分的热交換。过热通路的进气管2可以贯穿并固定于气液分离器100的上部的端盖3,其出气端ロ伸入到气液分离器100的内部;在密封的气液分离器100内形成有气液分离空间,过冷管5布置在气液分离空间中。过热通路的出气管I同样可以贯穿并固定于端盖3,出气管I的进气端ロ在气液分离器100内,并与进气管2的出气端ロ沿水平方向错开。虽然在图I所示的实施例中,端盖3上设有开ロ,出气管I和进气管2通过该开ロ安装并固定在端盖上。但是本发明不局限于此,进气管2和出气管I还可以贯穿壳体4而进行安装和固定。进气管2的出气端ロ伸入到气液分离器100的沿竖向的中间位置附近。出气管I为U形管结构,在U形管结构的底部设有ー个或多个回液孔8,使得进入U形管结构的未完全蒸发的液体能够经由回液孔8进入气液分离器100的底部。回液孔8的孔径大小为2-4mm,回液孔8的数量根据实际需要来确定。出气管I的进气端ロ是相对于水平面成20° -40°、优选为30°的斜切ロ。出气管I的进气端ロ与进气管2的出气端ロ沿水平方向错开一定距离,该距离优选地大于30mm。出气管I的进气端ロ沿竖向位于进气管2的出气端ロ的上方,两者的高度差大于50mm。在壳体4的下壳体6处设有支座7,支撑气液分离器100。优选地,端盖3、壳体4、支座7均采取钢制,它们之间以焊接的方式连接。进气管2和出气管I可采用铜管制作,其与端盖3以钎焊或电焊等焊接的方式连接。下面參照图4和图5,详细描述根据本发明带回热功能的气液分离器的工作流程。图4示出了制冷剂蒸汽在气液分离器100的过热通路中的流动方向。从蒸发器排出的制冷剂蒸汽经由进气管2进入壳体4内的气液分离空间,在气液分离空间中,未完全蒸发的液体沉降到壳体4的底部并积聚在底部。同时,在气液分离空间中,温度较低的制冷剂蒸汽与过冷管5中的温度较高的制冷剂液体进行热交换,从而实现制冷剂蒸汽的过热,然后过热的制冷剂蒸汽经由出气管I排出气液分离器100。图5示出了制冷剂液体在气液分离器的过冷通路中的流动方向。从冷凝器排出的制冷剂液体经由进液管10进入均液管11内的液体分配空间,在液体分配空间中,制冷剂液 体被分配到各个过冷管5中。由于位于气液分离空间中的过冷管5为弯曲状,所以过冷管5中的冷凝后温度较高的制冷剂液体能够与管外的温度较低的制冷剂蒸汽进行充分的热交换,从而实现制冷剂液体的过冷,然后过冷的制冷剂液体流到集液管12中,经由出液管13排出气液分离器100。
接下来參照图6描述ー下采用根据本发明的带回热功能的气液分离器的空调机组能够提高COP值的理论依据。在制冷循环中,制冷剂液体过冷和制冷剂蒸汽过热不是通过与外界冷却介质之间进行热交换来获得的,而是通过从蒸发器排出的低温制冷剂蒸汽与从冷凝器排出的高温制冷剂液体进行热交换来获得的。如图6所示,采用根据本发明的气液分离器的空调机组的压焓图线为a-b-c-d-a,相对应的现有技术的空调机组的压焓图线为a’ -b’ -c’ -d’ -a’。一方面,经过过热的制冷剂蒸汽虽然不能提高单位制冷量/制热量,但是过热的制冷剂蒸汽可以避免压缩机带液,从而保证压缩机的可靠性(带液也会增加压缩机的功率消耗)。这样,通过借用原有的气液分离器中较大的空间,既实现了热交換,又没有増加压缩机的回气阻力,避免増加压缩机的功率消耗。另ー方面,经过过冷的制冷剂液体相对增加的单位制冷量/制热量为S qw,从而使得蒸发器中的换热量为q=q’ + S qw。由于过热前后压缩比功近似相等,即qw=qw’,而制冷C0P=q/qw,制热C0P=q+qw/qw,所以COP值得到提闻。最后,參照图7,详细描述采用根据本发明的带回热功能的气液分离器的空调机 组的工作过程。带回热功能的气液分离器安装在蒸发器和压缩机之间,从根据本发明的气液分离器100排出的过热的制冷剂蒸汽被吸入压缩机200,经过压缩后,形成高温高压的气体进入冷凝器300进行换热,经过冷凝后形成高压中温的制冷剂液体,然后,制冷剂液体进入根据本发明的气液分离器100的过冷通路中,形成过冷的制冷剂液体后排出气液分离器100,接着流经节流阀400节流,节流后形成低压低温的气液两相的制冷剂进入蒸发器500,进而在蒸发器中蒸发,形成制冷剂蒸汽,制冷剂蒸汽进入根据本发明的气液分离器100的过热通路中,形成过热的制冷剂蒸汽后排出气液分离器100,随后再一次被吸入压缩机200,从而实现整个制冷/制热循环。前述的实施例和优点仅是示例性的,而不能视为对本发明的限制。本文的描述旨在示例,而不是限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员而言,多种替换方案、改型和修改都是显而易见的。本文所描述的示例性实施例的特征、结构以及其它特性可以多种方式组合,从而得到其它的和/或可替换的示例性实施例。由于在不背离本发明的特性的情况下,可以多种形式来体现本发明的特征,所以还应该理解的是,上述实施例不局限于以上描述的任何细节,除非另外注明,而应该宽泛地解释为处于所附权利要求限定的范围内,因此,落入权利要求的范围和界限或者这种范围和界限的等效方案内的所有修改和改型都应该为所附权利要求涵盖。
权利要求
1.一种带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述气液分离器(100)包括过热通路和过冷通路, 所述过热通路具有将制冷剂蒸汽引入所述气液分离器(100)内的进气管(2)和将制冷剂蒸汽排出所述气液分离器(100)的出气管(1), 所述过冷通路具有位于所述气液分离器(100)内的一个或多个过冷管(5),制冷剂液体流过所述过冷管(5)并与引入所述气液分离器(100)内的制冷剂蒸汽进行热交換。
2.如权利要求I所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述过冷通路还具有 均液管(11),所述过冷管(5)的一端连接到所述均液管(11),在所述均液管(11)内设有液体分配空间,从而将引入所述均液管(11)的制冷剂液体分配到所述过冷管(5);在所述均液管(11)上设有引入制冷剂液体的进液管(10);和 集液管(12),所述过冷管(5)的另一端连接到所述集液管(12),在所述集液管(12)内设有液体收集空间,在所述集液管(12)上设有排出制冷剂液体的出液管(13)。
3.如权利要求2所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述进液管(10)被设置为靠近所述均液管(11)的上端,所述出液管(13)被设置为靠近所述集液管(12)的下端。
4.如权利要求2所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,在所述均液管(11)和所述集液管(12)上对应于所述过冷管(5)分别设有相应数量的连通孔(9),所述过冷管(5)的两端分别连接到所述均液管(11)和所述集液管(12)上的对应的连通孔(9)中。
5.如权利要求1-4中任一项所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述出气管(I)为U形管结构,而且在所述U形管结构的底部设有ー个或多个回液孔(8)。
6.如权利要求1-4中任一项所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述出气管(I)的进气端ロ是相对于水平面成20° -40°的斜切ロ。
7.如权利要求1-4中任一项所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述进气管(2)贯穿并固定于所述气液分离器(100)的上部的端盖(3),而且所述进气管(2)的出气端ロ伸入到所述气液分离器(100)的沿竖向的中间位置。
8.如权利要求1-4中任一项所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述出气管(I)的进气端ロ与所述进气管(2)的出气端ロ沿水平方向错开。
9.如权利要求1-4中任一项所述的带回热功能的气液分离器(100),其特征在于,所述出气管(I)的进气端ロ沿竖向位于所述进气管(2)的出气端ロ的上方。
10.ー种将如权利要求1-9中的任一项所述的带回热功能的气液分离器(100)应用在空调机组中的方法,其中,从所述空调机组的蒸发器(500)排出的制冷剂蒸汽和从所述空调机组的冷凝器(300)排出的制冷剂液体在所述气液分离器(100)中进行热交換,从而实现制冷剂蒸汽的过热和制冷剂液体的过冷。
全文摘要
本发明公开了一种带回热功能的气液分离器及其应用在空调机组中的方法。所述带回热功能的气液分离器包括过热通路和过冷通路,所述过热通路具有将制冷剂蒸汽引入所述气液分离器内的进气管和将制冷剂蒸汽排出所述气液分离器的出气管,所述过冷通路具有位于所述气液分离器内的一个或多个过冷管,制冷剂液体流过所述过冷管并与引入所述气液分离器内的制冷剂蒸汽进行热交换,从而实现制冷剂蒸汽的过热和制冷剂液体的过冷。本发明有效地提升了空调机组制冷/制热循环的性能和效率,可广泛应用在空调机组上。
文档编号F25B40/00GK102645061SQ201210157400
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者梁玉祥 申请人:四川同达博尔置业有限公司
再多了解一些
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