一种可控制润滑油循环量的气液分离器和控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可控制润滑油循环量的气液分离器，包括罐体，伸入罐体的三相流体管，设置在罐体上部的气体出口，设置在罐体下部的出液口和出油口，所述气体出口连接有出气管，所述出气管包括在垂直方向上不高于出油口的回油段，所述回油段与出油口之间通过输油管连通，所述输油管上设有控制流量的调节阀，所述出液口在垂直方向上高于所述出油口；本发明专利技术还公开了一种气液分离器的润滑油循环量控制方法；本发明专利技术的气液分离器结构简单，结合本发明专利技术的控制方法，可以方便、有效控制润滑油循环量，提高使用本发明专利技术的气液分离器的制冷/热泵系统的稳定性和换热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种可控制润滑油循环量的气液分离器和控制方法
本专利技术涉及制冷和热泵
，特别涉及一种可控制润滑油循环量的气液分离器和控制方法。
技术介绍
在二氧化碳制冷/热泵领域里，气液分离器能够贮存系统内部部分的制冷剂，防止压缩机液机和扩充系统容量，调节系统压力等。常见的二氧化碳气液分离器主要由罐体、两相流体入口、排气管、出液口组成。其中两相流体入口位于罐体中部，出液口位于罐体底部。排气管的进气口位于罐体内部，一端位于罐体上部作为罐内气体出口，另一端连出罐体，排气管的底部有一大小固定的小孔作为出油孔，位于罐体底部。在压缩式二氧化碳制冷/热泵系统中，由于良好的兼容性，常使用PAG作为压缩机润滑油，而PAG润滑油与二氧化碳在系统内无法完全互溶。运行时，无法溶解的润滑油会随着二氧化碳在系统内循环，过多的润滑油会导致换热器换热效率下降，从而对系统COP造成严重的负面影响，而润滑油量不足则会造成压缩机排气温度上升、压缩机效率下降等不良影响，严重时甚至损坏压缩机。但是在现有的二氧化碳制冷/热泵系统运行时，由于密度较大，无法溶解的润滑油会积存在气液分离器底部，普通的气液分离器通过在排气管的出油孔使润滑油回到压缩机，以保持系统的稳态运行，但其不具备对油回路的控制功能，而系统油循环量与二氧化碳质量流量有关，会随着工况的改变而改变，尤其是使用变频压缩机时，油循环量将随压缩机频率改变而改变，当油循环量增大，系统稳态运行时，气液分离器底部润滑油积存量也会增大，这将导致大量润滑油随二氧化碳液体进入蒸发器，降低蒸发器换热效率；类似地，当油循环量减小，气液分离器底部润滑油积存量减小，导致过量二氧化碳液体通过排气管的出油孔，随二氧化碳气体进入压缩机，导致压缩机进口带液。因此，如何使优化二氧化碳制冷/热泵系统中油循环量提高系统整体性能变得十分重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可控制润滑油循环量的气液分离器，可以有效优化液态工质和润滑油的循环过程，提高制冷/热泵系统的换热效率和运行稳定性。一种可控制润滑油循环量的气液分离器，包括罐体，伸入罐体的三相流体管，设置在罐体上部的气体出口，设置在罐体下部的出液口和出油口，所述气体出口连接有出气管，所述出气管包括在垂直方向上不高于出油口的回油段，所述回油段与出油口之间通过输油管连通，所述输油管上设有控制流量的调节阀，所述出液口在垂直方向上高于所述出油口；所述气液分离器还包括检测所述出液口和出油口所在平面的压力差以控制调节阀开度的传感器组件。本专利技术适用于工质液体的密度小于润滑油液体的密度的制冷/热泵系统，例如二氧化碳制冷/热泵系统，采用二氧化碳作为工质，本专利技术将出油口设置在出液口的下方，通过在罐体内设置两个液体出口来分离密度不同而分层的工质液体和润滑油液体，并通过调节阀的控制，保证润滑油液体自出油口进入排气管，工质液体自出液口排出，从而避免了压缩机进口带液以及润滑油进入系统循环换热降低换热效率的问题。传感器组件通过检测罐体内的液体在所述出液口和出油口所在平面的压力差来判断工质液体和润滑油液体的分界面位置，从而控制调节阀开度，实现控制润滑油液体的流量，避免罐体内润滑油过多进入出液口或者润滑油液体过少而导致工质液体进入出油口。为了使润滑油液体可以顺利排出，优选的，所述输油管相对水平面倾斜设置，所述出油口位于较高端。为了可以更好地控制润滑油液体的流量，所述输油管的倾斜角度不宜过大，优选的，所述输油管相对水平面的倾斜角度为5°～10°。上述角度即能使润滑油液体顺利排出，且流速不会很大，易于通过调节阀控制和调节流速。为了使包括工质气体、工质液体和润滑油液体的混合流体可以在罐体内更好得分离，优选的，所述出油口设置在罐体的底部，所述出液口位于所述罐体总高度的1/4～1/3的水平位置上，所述三相流体管的出口位于所述罐体总高度的2/3～3/4的水平位置上。上述设置将混合流体通入罐体的中上部，从而充分地散布整个罐体，加速分层；并且出液口与出油口高度差较大，从而使工质液体和润滑油液体具有足够的移动空间，控制和调节润滑油液体的流速范围大。为了使工质液体快速流出罐体，优选的，所述出液口连接的出液管自罐体的底部伸出罐体。为了便于制造、安装和维护，优选的，所述出气管的回油段位于罐体外部。为了提高混合流体气液分离的效果，优选的，所述三相流体管的出口在垂直方向上低于所述气体出口，所述罐体内设有位于所述三相流体管的出口和所述气体出口之间的液体过滤层。混合流体进入罐体后，工质气体上升通过液体过滤层的过滤后再进入气体出口，有效提高工质气体的分离效果。所述液体过滤层一般采用金属丝网状或波纹状填料。本专利技术还提供了一种气液分离器的润滑油循环量控制方法，控制方法简单，可以有效实现对润滑油循环量的控制，从而保证制冷/热泵系统稳定运行且具有较高的换热效率。一种气液分离器的润滑油循环量控制方法，使用上述的可控制润滑油循环量的气液分离器，包括以下步骤：(1)将包括工质气体、工质液体和润滑油液体的混合流体自三相流体管通入罐体内；(2)由于重力的作用，混合流体在罐体内气液相分离，分为三层，自下而上分别为润滑油液体、工质液体以及工质气体，所述润滑油液体自出油口进入出气管进行循环，所述调节阀控制润滑油液体的流速，所述工质液体自出液口排出，所述工质气体自气体出口排出；(3)检测出液口和出油口压力差Δp，当Δp＝ρPAG(T)gΔH时，判定润滑油液体和工质液体的分界面高于所述出液口，增大调节阀的开度；当Δp≤ρ工质_Liquid(T)gΔH，判定润滑油液体和工质液体的分界面低于所述出油口，减小调节阀的开度；其中，ρPAG(T)为润滑油密度，单位为kg/m3，为温度T的函数；ρ工质_Liquid(T)为工质液体的密度，单位为kg/m3，为温度T的函数；ΔH为所述出液口和所述出油口在垂直方向上的高度差；T为气液分离器内部温度，单位为K；g为当地重力加速度，单位为m/s2。上述控制方法简单、有效，传感器组件可以采用两个压力传感器，分别测量出液口和出油口的压力，进而得到压力差。本专利技术方法利用润滑油液体与工质液体的分层现象，将出液口和出油口高低分布，并通过观察或检测确定分界面，进而通过调节阀控制润滑油液体的流速，实现对润滑油循环量控制，提高使用本专利技术的气液分离器的制冷/热泵系统的稳定性和换热效率。在系统稳定运行时，罐体内的润滑油液体与工质液体分界面应位于出液口和出油口所在平面之间，所述分界面应位于出油口所在平面以上。此时，压力差Δp满足关系式：ρPAG(T)gΔH>Δp>ρ工质_Liquid(T)gΔH系统运行中，若润滑油液体的流速过小，润滑油液体在罐体内蓄积，所述分界面将越过出液口，大量润滑油将进入系统的蒸发器，影响系统正常运行，此时传感器组件将检测到Δp＝ρPAG(T)gΔH，并将信号反馈给调节阀，阀门开度增大，所述分界面下降。若润滑油液体流速过大，会导致大量工质液体随润滑油液体一起通过出油口进入排气管，罐体内将不会存有润滑油液体。此时传感器将检测到Δp≤ρ工质_Liquid(T)gΔH并将信号反馈给调节阀，阀门开度减小，减小润滑油液体流速，使罐体内重新存储润滑油液体。当传感器组件检测到ρPAG(T)gΔH>Δp>ρ工质_Liquid(T)gΔ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控制润滑油循环量的气液分离器，包括罐体，伸入罐体的三相流体管，设置在罐体上部的气体出口，设置在罐体下部的出液口和出油口，所述气体出口连接有出气管，所述出气管包括在垂直方向上不高于出油口的回油段，其特征在于，所述回油段与出油口之间通过输油管连通，所述输油管上设有控制流量的调节阀，所述出液口在垂直方向上高于所述出油口；所述气液分离器还包括检测所述出液口和出油口所在平面的压力差以控制调节阀开度的传感器组件。

【技术特征摘要】
1.一种可控制润滑油循环量的气液分离器，包括罐体，伸入罐体的三相流体管，设置在罐体上部的气体出口，设置在罐体下部的出液口和出油口，所述气体出口连接有出气管，所述出气管包括在垂直方向上不高于出油口的回油段，其特征在于，所述回油段与出油口之间通过输油管连通，所述输油管上设有控制流量的调节阀，所述出液口在垂直方向上高于所述出油口；所述气液分离器还包括检测所述出液口和出油口所在平面的压力差以控制调节阀开度的传感器组件。2.如权利要求1所述的可控制润滑油循环量的气液分离器，其特征在于，所述输油管相对水平面倾斜设置，所述出油口位于较高端。3.如权利要求2所述的可控制润滑油循环量的气液分离器，其特征在于，所述输油管相对水平面的倾斜角度为5°～10°。4.如权利要求1～3任一权利要求所述的可控制润滑油循环量的气液分离器，其特征在于，所述出油口设置在罐体的底部，所述出液口位于所述罐体总高度的1/4～1/3的水平位置上，所述三相流体管的出口位于所述罐体总高度的2/3～3/4的水平位置上。5.如权利要求4所述的可控制润滑油循环量的气液分离器，其特征在于，所述出液口连接的出液管自罐体的底部伸出罐体。6.如权利要求1～3任一权利要求所述的可控制润滑油循环量的气液分离器，其特征在于，所述出气管的回油段位于罐体外...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏晋，张蔚琳，唐黎明，陈琪，陈光明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33