一种热泵系统用气液分离器及其制作方法与流程

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种热泵系统用气液分离器及其制作方法。

背景技术：

普通一拖一空气源热泵系统中，如果两个换热器的换热系数相差甚远(比如风冷冷热水机组，室外换热器为风冷翅片式换热器，室内换热器为冷媒水换热器，室内换热器的换热系数远大于室外换热器的换热系数)，为了节省成本，通常会把换热系数大的换热器设计成较小的换热面积，这就会导致两个换热器的容积相差较大，在制冷、制热时发挥最优性能所需的冷媒量也就不一样，然而，现有技术中的气液分离器在系统制热工况下不具备储液功能，不能存储制热工况下多余出来的冷媒，因此通常会通过增加储液器的方式来平衡冷媒需求量不一样的问题，但此举弊端明显，会导致系统的投入成本过高。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种热泵系统用气液分离器及其制作方法，可解决热泵系统投入成本过高的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种热泵系统用气液分离器，包括密闭的壳体，所述壳体上设有进入管和排出管，所述排出管位于所述壳体内、且靠近所述壳体底部的管段上开设有回油孔，从所述进入管进入所述壳体内的待分离物包括气体和液体，所述气体由所述排出管位于所述壳体内的一端进入所述排出管，并由所述排出管位于所述壳体外的一端排出，所述液体下落至所述壳体底部由所述回油孔进入所述排出管，并由所述排出管位于所述壳体外的一端排出，在热泵系统制热工况下，当下落至所述壳体底部的所述液体的液面低于所述回油孔时，以及当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差小于预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量小于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量；当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量等于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量。

本发明实施例还提供了一种用于制作上述热泵系统用气液分离器的方法，所述方法包括：调节所述回油孔的面积、所述排出管位于所述壳体内的一端与所述回油孔之间的直管内径、所述气体在所述排出管位于所述壳体内的一端缩口流动造成的损失中的至少一个，使得在热泵系统制热工况下，当下落至所述壳体底部的所述液体的液面低于所述回油孔时，以及当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差小于预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量小于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量，当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量等于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量。

本发明实施例提供的热泵系统用气液分离器，由于在热泵系统制热工况下，当下落至所述壳体底部的所述液体的液面低于所述回油孔时，以及当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差小于预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量小于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从所述壳体内排出的液体量小于单位时间内进入所述壳体的液体量，从而使液面逐渐上升；当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量等于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从所述壳体内排出的液体量等于单位时间内进入所述壳体的液体量，从而使液面与回油孔的高度差始终等于所述预设值，进而使气液分离器在热泵系统制热工况下具备了储液的功能，也就是说，该气液分离器能够存储热泵系统制热工况下多余出来的冷媒，因此无需在系统中增加储液器，从而减小了成本的投入，进而解决了热泵系统投入成本过高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例热泵系统用气液分离器的结构示意图之一；

图2为本发明实施例热泵系统用气液分离器的结构示意图之二；

图3为本发明实施例热泵系统用气液分离器中排出管的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

参照图1和图2，本发明实施例热泵系统用气液分离器包括密闭的壳体1，壳体1上设有进入管2和排出管3，排出管3位于壳体1内、且靠近壳体1底部的管段上开设有回油孔4，从进入管2进入壳体1内的待分离物包括气体和液体，所述气体由排出管3位于壳体1内的一端进入排出管3，并由排出管3位于壳体1外的一端排出，所述液体下落至壳体1底部由回油孔4进入排出管3，并由排出管3位于壳体1外的一端排出，在热泵系统制热工况下，当下落至壳体1底部的所述液体的液面5低于回油孔4时，以及当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差小于预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量小于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量；当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量等于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量。

本发明实施例提供的热泵系统用气液分离器，由于在热泵系统制热工况下，当下落至壳体1底部的所述液体的液面5低于回油孔4时，以及当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差小于预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量小于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从壳体1内排出的液体量小于单位时间内进入壳体1的液体量，从而使液面5逐渐上升；当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量等于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从壳体1内排出的液体量等于单位时间内进入壳体1的液体量，从而使液面5与回油孔4的高度差始终等于所述预设值，进而使气液分离器在热泵系统制热工况下具备了储液的功能，也就是说，该气液分离器能够存储热泵系统制热工况下多余出来的冷媒，因此无需在系统中增加储液器，从而减小了成本的投入，进而解决了热泵系统投入成本过高的问题。

需要说明的是，由于在热泵系统从化霜工况切换至制热工况的瞬间，单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量相比制热工况下更多，因此，在该瞬间单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量必然小于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即在该瞬间本发明实施例提供的热泵系统用气液分离器仍然具有气液分离的功能。

设排出管3位于壳体1内的一端处的压力为P₀，回油孔4处的管外压力为P₁，回油孔4处的管内压力为P₂，排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的管段造成的压力损失为ΔP，回油孔4处液体的质量流率为G，进入管2处待分离物中液体的质量流率为X，回油孔4的流量系数为α，回油孔4的面积为A，所述液体的密度为ρ_液，所述气体的密度为ρ_气，重力加速度为g，所述预设值为h，所述气体在排出管3位于壳体1内的一端的流速为u_气，排出管3的管内摩擦系数为λ，排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管长度为L，排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管内径为d，所述气体在排出管3位于壳体1内的一端缩口流动造成的损失为ξ₁，排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的弯管造成的损失为ξ₂；

回油孔4处的管外压力P₁：

P₁＝P₀+ρ_液gh

回油孔4处的管内压力P₂：

P₂＝P₀-ΔP

式中，

回油孔4处的管内、管外压力差：

P₁-P₂＝ΔP+ρ_液gh

所述液体通过回油孔4流入排出管3按照小孔节流装置考虑，回油孔4处液体的质量流率：

只要G＝X，即上述参数满足以下条件：

即可在热泵系统制热工况下，当下落至壳体1底部的所述液体的液面5低于回油孔4时，以及当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差小于预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量小于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量；当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量等于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量，因此，可调节气液分离器的各项参数以满足该条件，即可制作出在热泵系统制热工况下具备储液功能的气液分离器。

优选的，X为7～70kg/h，α为0.15～0.3，A为0.785～2.5434mm²，ρ_液为700～1300kg/m³，h为100～500mm，ρ_气为10～250kg/m³，u_气为5～50m/s，λ为0.027～64，L为50～400mm，d为12.7～25.4mm，ξ₁为0.45～0.7，ξ₂为0.1～0.7。

通过上述计算公式可得到，在确定了热泵系统制热工况下需要存储的冷媒量(即所述预设值h)后，通过回油孔4的回液量(即回油孔4处液体的质量流率G)只与回油孔4的面积A、排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管内径d以及所述气体在排出管3位于壳体1内的一端缩口流动造成的损失ξ₁相关。

通常热泵系统在制热工况下，从进入管2进入壳体1内的冷媒干度在80％～98％之间，含液量很少，即进入管2处待分离物中液体的质量流率X很小，为了使G＝X，可减小回油孔4的面积A、增大排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管内径d、减小所述气体在排出管3位于壳体1内的一端缩口流动造成的损失ξ₁。

在本发明的第一种实施例中，通过减小回油孔4的面积A使得G＝X，参照图3，本实施例中回油孔4为圆孔，可通过减小回油孔4的直径来减小回油孔4的面积A，但回油孔4的直径过小会导致工艺难度过大，因此，本实施例中优选回油孔4的直径为1.0～1.8mm，由此不仅可使气液分离器具备储液功能，还能避免工艺难度过大的问题。

在本发明的第二种实施例中，通过增大排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管内径d使得G＝X，参照图3，本实施例中排出管3包括第一管段31和与第一管段31连接的第二管段32，回油孔4开设于第一管段31上，所述气体由第二管段32的顶端进入第二管段32，第二管段32为第二直管，所述第二直管的内径大于第一管段31的内径，第一管段31优选外径为12.7～22.2mm的铜管，以方便与热泵系统中的压缩机连接，所述第二直管优选外径为15.88～25.4mm的铜管，以保证G＝X。

在本发明的第三种实施例中，通过减小所述气体在排出管3位于壳体1内的一端缩口流动造成的损失ξ₁使得G＝X，参照图3，本实施例中排出管3包括直管，所述气体由所述直管的顶端进入所述直管，所述直管顶端的端面33相对于所述直管的延伸方向倾斜，且倾斜角度为30～60°，由此，一方面可增大所述直管顶端的入口面积，从而减小了气体在所述直管顶端缩口流动造成的损失，另一方面可避免所述直管顶端的端面33过于倾斜，从而保证了气液分离器对所述气体和所述液体的分离效果。

参照图3，本实施例中第一管段31包括与所述第二直管连接的第一直管311，第一直管311靠近所述第二直管的一端设有扩大口312，所述第二直管的一端配合设置于扩大口312内，由此可避免使用额外的连接结构，从而节省了成本；此外，第一直管311能够通过夹具(图中未示出)夹紧，从而保证了在第一直管311上设置扩大口312的工艺能够实现。

设所述第二直管的长度为a，a/L过大会使第一直管311过短，进而导致夹具对第一直管311的夹紧效果降低，a/L过小则会使第二直管过短，进而导致G≠X，因此，本实施例中优选a与L满足以下条件：30％≤a/L≤80％。

本发明实施例还提供了一种用于制作上述实施例所述的热泵系统用气液分离器的方法，所述方法包括：调节回油孔4的面积、排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管内径、所述气体在排出管3位于壳体1内的一端缩口流动造成的损失中的至少一个，使得在热泵系统制热工况下，当下落至壳体1底部的所述液体的液面5低于回油孔4时，以及当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差小于预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量小于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量，当液面5高于回油孔4、且与回油孔4的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过回油孔4的所述液体的质量等于单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量，从而使气液分离器在热泵系统制热工况下具备了储液的功能，通过该方法制作出来的气液分离器能够存储热泵系统制热工况下多余出来的冷媒，因此无需在系统中增加储液器，从而减小了成本的投入，进而解决了热泵系统投入成本过高的问题。

具体的，设单位时间内进入壳体1的所述待分离物中含有的所述液体的质量为X，回油孔4的流量系数为α，回油孔4的面积为A，所述液体的密度为ρ_液，所述气体的密度为ρ_气，重力加速度为g，所述预设值为h，所述气体在排出管3位于壳体1内的一端的流速为u_气，排出管3的管内摩擦系数为λ，排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管长度为L，排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的直管内径为d，所述气体在排出管3位于壳体1内的一端缩口流动造成的损失为ξ₁，排出管3位于壳体1内的一端与回油孔4之间的弯管造成的损失为ξ₂，所述方法包括：

调节A、d、ξ₁中的至少一个，使得上述参数满足以下条件：

即可制作出在热泵系统制热工况下具备储液功能的气液分离器。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。