用于二氧化碳空调系统的气液分离器和二氧化碳空调系统的制作方法

本实用新型属于车辆制造技术领域，具体而言，涉及一种用于二氧化碳空调系统的气液分离器和具有该气液分离器的二氧化碳空调系统。

背景技术：

在空调制冷系统中，在压缩机工作循环时，若液态冷媒大量进入压缩机，会影响压缩机正常工作，甚至出现工作故障，设在压缩机和蒸发器之间的气液分离器正是为了分离出冷媒中的液体。气液分离器具有用于压缩机吸气的低温低压管，低温低压管吸入的冷媒中含有冷冻机油，低温低压管上设有回油孔以调节压缩机吸入的冷媒量以及冷冻机油量。在实现本实用新型的过程中，发明人发现，回油孔的大小以及低温低压管进口端与回油孔位置压差关系对返回压缩机的油量影响很大，返回压缩机的油量过多过少都会对压缩机运行效率及寿命等产生重要影响。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种用于二氧化碳空调系统的气液分离器，所述气液分离器可以有效地平衡压缩机对冷媒量以及冷冻机油量的需求。

根据本实用新型实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，包括：分离筒，所述分离筒限定出筒腔，且具有与所述筒腔连通的低温低压进口；高温高压管，所述高温高压管的至少部分设在所述筒腔内，且所述高温高压管的进口端适于与二氧化碳空调系统的冷凝器相连，出口端适于与所述二氧化碳空调系统的换热器相连；低温低压管，所述低温低压管的至少部分设在所述筒腔内，且所述低温低压管的进口端与所述筒腔连通，所述低温低压管的出口端适于与所述二氧化碳空调系统的压缩机相连，所述低温低压管的下部设有回油孔，满足：0.006≤μ₁＝S1/S2≤0.11，3.14e^-6mm≤μ2＝S1/L≤9.62e^-4mm；其中，S1为所述回油孔的截面积，S2为所述低温低压管的流通截面积，L为所述低温低压管的进口端与所述回油孔的位置之间的管长。

根据本实用新型实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，通过设置上述结构形式的回油孔，可以有效地平衡压缩机对冷媒量以及冷冻机油量的需求，压缩机的使用效率高，不易损坏。

根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，满足：0.01≤μ₁≤0.09。

根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，满足：1.96e-5mm≤μ2≤3.14e-4mm。

根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，所述低温低压管上设有辅助回油孔，所述辅助回油孔位于所述回油孔与所述低温低压管的进口端之间。

根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，所述低温低压管的进口端与所述低温低压进口在竖直方向上错开设置。

根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，所述分离筒包括筒体和密封法兰，所述密封法兰密封所述筒体的敞开端，所述低温低压进口设在所述密封法兰上，且所述密封法兰上还设有低温低压出口、高温高压进口和高温高压出口，所述低温低压管的出口端与所述低温低压出口相连，所述高温高压管的进口端和出口端分别与所述高温高压进口和所述高温高压出口相连。

优选地，所述低温低压管的出口端插入所述低温低压出口且通过焊接密封，所述高温高压管的进口端插入所述高温高压进口且通过焊接密封，所述高温高压管的出口端插入所述高温高压出口且通过焊接密封。

根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，所述高温高压管为盘旋形，所述低温低压管为U形，且所述高温高压管位于所述低温低压管的内侧。

可选地，所述高温高压管的盘旋方向与所述低温低压管所在的平面垂直或平行。

根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器，所述高温高压管为螺旋形，所述低温低压管为U形，且所述高温高压管套设在所述低温低压管外。

本实用新型还提出了一种二氧化碳空调系统，具有如上述任一种所述的气液分离器。

所述二氧化碳空调系统与上述的气液分离器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一种实施例的气液分离器的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是根据本实用新型一种实施例的高温高压管的结构示意图；

图4和图5是根据本实用新型另一种实施例的高温高压管与低温低压管的配合示意图；

图6是根据本实用新型又一种实施例的高温高压管与低温低压管的配合示意图；

图7是μ1与回油孔有效回油效率关系图；

图8是回油孔直径与L的比值与回油孔位置到筒腔压差关系图；

图9是根据本实用新型实施例的二氧化碳空调系统的结构示意图。

附图标记：

气液分离器100，

筒体11，筒壁111，筒底112，密封法兰12，高温高压进口121，低温低压进口122，高温高压出口123，低温低压出口124，筒腔13，

高温高压管2，高温高压管的进口端21，高温高压管的出口端22，

低温低压管3，低温低压管的进口端31，低温低压管的出口端32，回油孔33，辅助回油孔34，

压缩机200，冷凝器300，膨胀阀400，外部换热器500。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图9描述根据本实用新型实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器100。

如图1-图9所示，根据本实用新型一个实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器100包括：分离筒、高温高压管2和低温低压管3。

其中，分离筒限定出筒腔13，分离筒具有低温低压进口122，低温低压进口122与筒腔13连通，且低温低压进口122适于与换热器相连。

高温高压管2的至少部分设在筒腔13内，如图9所示，高温高压管2的进口端21适于与二氧化碳空调系统的冷凝器300相连，高温高压管2的出口端22适于与二氧化碳空调系统的换热器相连，高温高压管2用于与筒腔13内的低温低压冷媒换热。

低温低压管3的至少部分设在筒腔13内，且低温低压管3的进口端31与筒腔13连通，低温低压管3的出口端32适于与二氧化碳空调系统的压缩机200相连。

可以理解的是，换热器输出的冷媒(气态为主)通过低温低压进口122进入筒腔13，并通过低温低压管3被压缩机200吸走，由于气态冷媒和液态冷媒密度不同，在混合流动时，液态冷媒会受到较大重力，故而下沉，气态冷媒则从低温低压管3的进口端31流入，从低温低压管3的出口端32流出，实现气液分离，高温高压管2用于与筒腔13内的低温低压冷媒换热，以使压缩机200进口二氧化碳蒸汽过热，节流前的二氧化碳过冷，故而可以明显提高二氧化碳冷媒循环效率。

低温低压管3的下部设有回油孔33，回油孔33可以设在低温低压管3的底部，在工作时，回油孔33在大部分工况下浸没在液态冷媒中，液态冷媒或气态冷媒中混合有冷冻机油，回油孔33可以加大压缩机200的吸入量，包括吸入的冷媒与冷冻机油。

需要说明的是，回油孔33不仅能返回冷冻机油，而且也能将筒腔13内液态冷媒返回压缩机200，在回油孔33的孔径尺寸设置较大时，从气液分离器100向压缩机200返回的冷媒量也将增大，这时会发生压缩机200轴承部分润滑不良、压缩机200液击等不良现象，使得压缩机200的寿命降低。相反，回油孔33尺寸设置较小时，从回油孔33返回的冷冻机油也将减少，在压缩机200内部的油将出现不足的状态，导致压缩机200轴承部分润滑不良，造成压缩机200损坏，影响了压缩机200的使用寿命。

本实用新型实施例的气液分离器100，满足：0.006≤μ₁＝S1/S2≤0.11，3.14e^-6mm≤μ2＝S1/L≤9.62e^-4mm；其中，S1为回油孔33的截面积，S2为低温低压管3的流通截面积，L为低温低压管3的进口端与回油孔33的位置之间的管长。

需要说明的是，回油孔33位置到筒腔13的压差直接影响回油孔33处的吸入量，如图8所示，回油孔33的大小与L的比值与回油孔33位置到筒腔13压差直接相关，如图7和图8所示，发明人通过大量的试验，发现将回油孔33的位置和大小限定到上述范围，可以使从气液分离器100向压缩机200返回的冷媒量满足制冷需求，且冷冻机油的量足够润滑压缩机200的轴承等部分。

低温低压管3的截面形状和回油孔33的形状有多种选择，包括但不限于圆形、椭圆、矩形等。其中对于圆形回油孔33，需要满足0.002≤D/L≤0.035，其中D为回油孔33的直径。

根据本实用新型实施例的用于二氧化碳空调系统的气液分离器100，通过设置上述结构形式的回油孔33，可以有效地平衡压缩机200对冷媒量以及冷冻机油量的需求，压缩机200的使用效率高，不易损坏。

在本实用新型的一些优选的实施例中，满足：0.01≤μ≤0.09，1.96e^-5mm≤μ2≤3.14e^-4mm，这样压缩机200对冷媒量以及冷冻机油量的需求更为平衡，可以在保证压缩机200润滑良好的情况下，最大效率地提升压缩机200的压缩效率。对于圆形回油孔33，需要满足0.005≤D/L≤0.02，其中D为回油孔33的直径。

进一步地，如图1所示，低温低压管3上可以设有辅助回油孔34，辅助回油孔34可以位于回油孔33与低温低压管3的进口端31之间，在上下方向上辅助回油孔34位于回油孔33上方。

需要说明的是，由于机油在低温情况下会出现油与冷媒的分层，即下部液态冷媒的油浓度很低，上部液态冷媒的浓度很高，通过设置辅助回油孔34，可以使上层的机油通过低温低压管3回到压缩机200中，满足低温条件下压缩机200对机油的正常所需。

对于设有辅助回油孔34的低温低压管3，当辅助回油孔34所在位置的管路内部压力与筒腔13压力平衡时，L即为回油孔33到辅助回油孔34的管长。

根据本实用新型一个优选实施例的气液分离器100，如图1所示，分离筒可以包括筒体11和密封法兰12。

其中，筒体11可以包括筒壁111和筒底112，筒壁111的两端敞开，筒底112密封筒壁111的底端。

密封法兰12密封筒体11的敞开端，也就是密封法兰12可以密封筒壁111的上端。低温低压进口122设在密封法兰12上，且密封法兰12上还设有低温低压出口124、高温高压进口121和高温高压出口123，低温低压进口122与外部换热器500连通，低温低压出口124与压缩机200的吸气口连通，高温高压进口121与冷凝器300连通，高温高压出口123与外部换热器500连通，低温低压管3的出口端32与低温低压出口124相连，高温高压管2的进口端21与高温高压进口121相连，高温高压管2的出口端22与高温高压出口123相连。

如图1所示，低温低压管3的进口端31与密封法兰12间隔开，低温低压管3的出口端32插入低温低压出口124且通过焊接密封，高温高压管2的进口端21插入高温高压进口121且通过焊接密封，高温高压管2的出口端22插入高温高压出口123且通过焊接密封，这样在制造上更易于加工和组装。

优选地，低温低压管3的进口端31与低温低压进口122在竖直方向上错开设置，从而可以避免冷媒从低温低压进口122直接进入低温低压管3的进口端31。

根据本实用新型一个优选实施例的气液分离器100，如图1和图3-图5所示，高温高压管2可以为盘旋形，高温高压管2的每圈可以为长腰圆形、椭圆形等，低温低压管3可以为U形，低温低压管3的弯折处不限于弧形，也可以为直线型，且高温高压管2位于低温低压管3的内侧，高温高压管2的盘旋方向与低温低压管3所在的平面垂直或平行，这样可以形成筒腔13内中心分布换热的热流场。

根据本实用新型另一个优选实施例的气液分离器100，如图6所示，高温高压管2可以为螺旋形，低温低压管3可以为U形，且高温高压管2套设在低温低压管3外。

在一个具体的示例中，如图1-图3所示，气液分离器100包括：密封法兰12、筒体11、低温低压管3和高温高压管2，低温低压管3和高温高压管2均单独设置，低温低压管3位于高温高压管2两侧，高温高压管2设置成如附图所示长腰圆形盘旋状，低温低压管3设置成如图所示U形结构，高温高压管2的盘旋方向与低温低压管3所在的平面垂直。低温低压管3的出口端32、高温高压管2的进口端21和高温高压管2的出口端22直接插装在密封法兰12的对应孔中，并实施焊接。低温低压管3的进口端31与密封法兰12并未接触，且低温低压进口122与低温低压管3的进口端31不在同一竖直方向上，而是在空间上有一定的错位，避免冷媒从低温低压进口122直接进入低温低压管3的进口端31。低温低压管3底部设有回油孔33，低温低压管3还设有辅助回油孔34，辅助回油孔34设在回油孔33与低温低压管3的进口端31之间。

在另一个具体的示例中，如图4-图5所示，本实施例与前一个实施例大体结构类似，现在只对不同之处予以说明：相对于图1-图3所示的实施例，高温高压管2的宽度变大，高温高压管2的盘旋方向与低温低压管3所在的平面平行，且高温高压管2被低温低压管3包围，回油孔33和辅助回油孔34位置不变。

在又一个具体的示例中，如图6所示，本实施例与前一个实施例大体结构类似，现在只对不同之处予以说明：相对于图1-图3所示的实施例，高温高压管2设置呈盘旋状，低温低压管3设置于高温高压管2中心，回油孔33和辅助回油孔34位置不变。

本实用新型还公开了一种二氧化碳空调系统。

如图9所示，本实用新型实施例的二氧化碳空调系统包括气液分离器100、压缩机200、冷凝器300、膨胀阀400、外部换热器500。如图1-图6所示，气液分离器100为上述任一种实施例的气液分离器100。

根据本实用新型实施例的二氧化碳空调系统，压缩机200的工作稳定，使用寿命长，二氧化碳空调系统的工作效率高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。