一種油氣分離器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種設置在制冷循環(huán)管路中的油氣分離器，具體地說是一種用于CO2壓縮機出口處的油氣分離器。具體的為一種油氣分離器，包括油氣分離器桶體，及設置在桶體上通入含油氣體的進氣管、排氣管和出油管，所述的分離器桶體內腔包括上下連通設置的筒形腔體和錐形腔體，所述的排氣管連通筒形腔體的頂部，所述的出油管連通錐形腔體的底部；在筒形腔體的上部設置有形成氣體折返流道的折流裝置。由于本發(fā)明以CO2壓縮氣體的壓力作為驅動力，故無需其他操控措施，操作簡單；采用旋風分離法與親和聚結法共同實現(xiàn)油氣高效分離。
【專利說明】—種油氣分罔器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種設置在制冷循環(huán)管路中的油氣分離器，具體地說是一種用于壓縮機出口處的油氣分離器。

【背景技術】
[0002]壓縮機是一種提高氣體壓力或輸送氣體的機器，應用極為廣泛。在制冷業(yè)、礦業(yè)、冶金業(yè)、機械制造業(yè)、土木工程、石油化學工與氣體分離工程以及國防工業(yè)中，壓縮機是必不可少的關鍵設備之一。此外，醫(yī)療、紡織、食品、農業(yè)、交通等部門的需求也與日俱增。壓縮機因其用途廣泛被稱為“通用機械”。隨著國家對環(huán)保和節(jié)能的持續(xù)關注，特殊氣體壓縮機需求量日益增多。
[0003]在制冷業(yè)，傳統(tǒng)空調和熱泵中使用的工質主要是CFCs和HCFCs，但由于對臭氧層破壞和大氣變暖有重要影響，使尋找高效、綠色環(huán)保制冷工質成為當前國際社會共同關注的問題，自然工質CO2作為傳統(tǒng)工質的替代物重新興起。自然環(huán)保工質CO2因其具有無毒、不可燃、廉價、易得且對環(huán)境沒有危害(溫室效應潛能值GWP=U臭氧耗損潛能ODP=O)的特性而倍受青睞。同時作為新一代空調和熱泵核心部件一CO2壓縮機的需求量快速增長，且對壓縮CO2氣體的質量要求進一步提高。如何獲得含油量低、潔凈的高品質壓縮CO2氣體，此時與CO2壓縮機配套的油氣分離器就顯得尤為重要。
[0004]冷凍油被譽為壓縮機的“血液”，能對壓縮機的運轉起到以下作用:在摩擦副之間形成一種保護膜，避免金屬與金屬之間直接接觸，從而緩解了摩擦力作用，節(jié)約能耗，延長壓縮機的壽命，提高經(jīng)濟效益；隨時將摩擦熱排出機外；防泄漏、防塵、防串氣；抗腐蝕防銹，保護摩擦表面不受油變質或外來侵蝕；清凈沖洗，把摩擦面積垢清洗排除等。
[0005]在壓縮機氣缸高溫的作用下，冷凍油以霧狀形式與高壓氣體混合并一起以高流速經(jīng)壓縮機排氣口排出。為了避免壓縮機冷凍油的浪費，影響換熱器的換熱效率，提高壓縮氣體的品質，所以在壓縮機排氣口后設油氣分離裝置。
[0006]按分離機理的不同，壓縮機通常采用兩種油氣分離方法。一種稱為旋風分離法，它是依靠油滴自身重力以及離心力的作用，從氣體中分離直徑較大的油滴。實際測試表明，對于直徑大于Iym的油滴，可采用旋風分離法可有效地分離出來。另一種稱為親和聚結法，通過特殊材料制成的元件，使直徑在I μ m以下的油滴先聚結為直徑較大的油滴，然后再分離出來。
[0007]旋風分離法是在油氣分離器中設置旋風通道，當含油氣體進入油氣分離器后，首先通過旋風通道，密度大于氣體的油滴將會在離心力的作用下被甩到壁上，然后在重力的作用下，落到分離器的底部。旋風分離法的壓力損失小、設備結構簡單，但對于直徑在Iym以下的油滴分離效率低。
[0008]親和聚結法主要由過濾和聚結兩個過程組成。這種分離方法所采用的元件，實際上是一種多孔過濾材料，當含油氣體進入過濾元件之前，直徑大于元件材料孔徑的油滴，將在元件的表面被過濾出來。然后，利用過濾材料內部流道形狀和大小的改變，可使進入其內部的小直徑油滴在慣性力等的作用下，在材料的纖維上聚結成為大直徑油滴，并被過濾出來。親和聚結法對于直徑在I μ m以下的油滴分離效率高，但是當壓縮氣體中的固體粒子經(jīng)過過濾材料時滯留在過濾層中，導致了過濾材料壓差(阻力)不斷增加。隨著過濾材料使用時間增長，當過濾材料壓差達到0.08到0.1Mpa時，過濾材料必須更換，否則增加壓縮機運行成本。
[0009]目前的CO2冷媒系統(tǒng)中往往是直接把傳統(tǒng)冷媒的油氣分離器借用過來，由于CO2的特性與傳統(tǒng)冷媒差異較大，且CO2冷媒與其冷凍油的相溶情況與傳統(tǒng)冷媒的情況也明顯不同，所以一般在壓縮機的排氣口設備設置濾芯進行油氣分離，存在分離效率低、壓損大、濾料需經(jīng)常更換等問題，使系統(tǒng)運行費用高，經(jīng)濟性降低、維護操作復雜。所以，設計專門針對CO2壓縮機的油氣分離器亟待開發(fā)。


【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明提供一種油氣分離器，能夠克服上面提到的不足，通過氣態(tài)冷媒在油分離器桶體中反復的沖撞流動，多次分離使得排出冷媒的含油量明顯降低。特別的，本發(fā)明提供一種用于CO2壓縮機出口處，超臨界狀態(tài)下CO2與冷凍油分離，進一步的目的在于在較小壓力損失，減少濾芯更換的前提下實現(xiàn)壓縮機CO2氣體與冷凍油的高效分離，使氣體中含油量降到Ippm以下。
[0011]具體提供一種油氣分離器，包括油氣分離器桶體，及設置在桶體上通入含油氣體的進氣管、排氣管和出油管，其中，所述的分離器桶體內腔包括上下連通設置的筒形腔體和錐形腔體，所述的排氣管連通筒形腔體的頂部，所述的出油管連通錐形腔體的底部；在筒形腔體的上部設置有形成氣體折返流道的折流裝置。
[0012]所述的進氣管為至少一個，該進氣管水平切向安裝于圓筒體上，且設置在筒形腔體靠近折流裝置。
[0013]所述的錐形腔體的內表面設置有內螺紋，螺紋的旋轉方向與進氣管的進氣方向一致。
[0014]所述的排氣管上套接有濾芯，該濾芯為雙層結構，其中第一層為細微粒層，由具有一定厚度和孔隙的硼硅酸鹽玻璃纖維制成，第二層由聚酯合成纖維制成。
[0015]所述的進氣管切向安裝于圓筒體的折流裝置和錐形腔體之間，且進氣管向下有大于零度小于30度夾角。
[0016]所述的氣體依此通過所述的第一折流部與第二折流部，所述的第一折流部的流通孔在第二折流部的投影處是封閉的；且所述的第二折流部的流通孔在第一折流部的投影處是封閉的。
[0017]所述的第一折流部為中部設置有流通孔，四周為與內腔壁貼合的盤狀物；所述的第二折流部為中部封閉，四周設置有多個與內腔壁形成通孔的盤狀物。
[0018]所述的第一折流部11為向下凸出的漏斗型，而與其對應設置的第二折流部12為向上凸出的帽型，這樣在上下兩個折流部之間形成了中間厚，兩邊略薄的空腔。
[0019]所述的出油管5與錐形腔體7之間還設置有油杯15。
[0020]另一方面，本發(fā)明還提供一種用于超臨界CO2的油分離器，所述的CO2的壓力或者溫度的范圍，或者某個參數(shù)，可以使其有更好的效果的。所述的油分離器采用了如上所述的結構。
[0021]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:提供一種CO2壓縮機旋流油氣分離器，該裝置包括進氣管、圓筒體、錐體、折流板、出油管、油杯、濾芯和排氣管，其主要特征在于:進氣管切向布置于距圓筒體下端1/3?1/2圓筒體長度的位置上，并且為了避免氣流在入口處形成亂流，進氣管深入圓筒體內部，在進氣管和排氣管之間的圓筒體內相間布置了兩組錐形漏斗折流板和邊緣開孔的弧形帽狀折流板，在圓筒體上端中心處設有排氣管，在排氣管進氣口設有濾芯，在圓筒體下端設有錐體，在錐體的內表壁加工間距合理的旋轉內螺紋，在錐體下端設有油杯，油杯底部采用錐形，便于冷凍油回流。
[0022]本發(fā)明的技術原理是:首先采用旋風分離法對CO2含油氣體進行粗分離，然后采用親和聚結法進行精分離。旋風分離法是利用氣體和油滴密度不同，在離心力作用下密度不同的氣體和油滴沿錐體半徑分布呈現(xiàn)不同的規(guī)律，從而實現(xiàn)分離。CO2氣體的密度隨著溫度變化而變化，溫度越高密度越小，冷凍油的密度隨著溫度的升高基本不變，且壓力越高，這種規(guī)律越明顯。在o°c附近，CO2氣體與冷凍油的密度接近，在高于0°C時，CO2的密度小于冷凍油的密度，且溫度越高兩者之間密度差越大。經(jīng)過壓縮機絕熱壓縮的CO2氣體溫度、壓力均很高，與冷凍油的密度差很大。當CO2含油氣體由進氣管進入油氣分離器時，CO2氣流由直線運動變?yōu)閳A周運動，旋轉的含油CO2氣流沿器壁自圓筒體呈螺旋形向下，朝錐體運動，此時稱為外旋流。含油CO2氣體在旋轉過程中產生離心力，將密度大于CO2氣體的油滴甩向器壁。由于油滴的粘性較大而彈性較小，故一旦與器壁接觸便失去慣性力，粘附在器壁表面，順著旋轉內螺紋流下。旋轉下降的外旋流CO2氣流在到達錐體時，因圓錐形的收縮而向中心靠攏，其切向速度不斷提高。當CO2氣流到達錐體的下端某一位置時，即以同樣的旋轉方向從錐體中心由下向上繼續(xù)做螺旋運動，即形成內旋流。內旋流CO2氣流向上運動由錐體進入圓筒體后，首先通過錐形漏斗折流板的中心孔進入下一級折流板，然后由邊緣開孔弧形帽狀折流板的邊緣進入下一級折流板，以此類推，與相間布置錐形漏斗折流板和邊緣開孔的弧形帽狀折流板不斷碰撞且改變方向，由于油滴的慣性大于CO2氣體，所以其運動軌跡與CO2氣體軌跡不同，從而使其與CO2氣體分離。經(jīng)過旋風分離，其中約99.7%的冷凍油會被分離出來，由于在折流裝置間的流動速度變化很快，經(jīng)過多次折流約99.93%的冷凍油會被分離出來，此時未分離的油滴直徑多在Iym以下。在油氣分離器的排氣管入口，設置有多孔材料濾芯，從而使排出氣體中含油量降到Ippm以下。
[0023]由于本發(fā)明以CO2壓縮氣體的壓力作為驅動力，故無需其他操控措施，操作簡單；采用旋風分離法、折返分離與親和聚結法多層次分離，提高分離效率，提高親和聚結壽命，共同實現(xiàn)油氣高效分離。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實施例一的油氣分離器結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例一的油氣分離器A-A剖面的剖視圖；
圖3為本發(fā)明實施例二油氣分離器的進氣管處仰視圖；
圖4為本發(fā)明實施例二的油氣分離器B-B剖面的剖視圖；
圖5為本發(fā)明一種實施例的第一折流部的俯視圖；
圖6為本發(fā)明一種實施例的第二折流部的俯視圖。

【具體實施方式】
[0025]實施例一
根據(jù)圖1和圖2所示，油氣分離器I包括油氣分離器桶體2，及設置在桶體2上通入含油氣體的進氣管3、排氣管4和出油管5，其中分離器桶體2內腔包括上下連通設置的筒形腔體6和錐形腔體7，排氣管4連通筒形腔體6的頂部，出油管5連通錐形腔體7的底部；在筒形腔體6內設置有形成氣體折返流道的折流裝置8。含有冷凍油的冷媒經(jīng)過進氣管3流入桶體2內，經(jīng)由與內壁的接觸，以及與折流裝置的接觸和沖撞，利用離心作用實現(xiàn)冷凍油從冷媒中分離出來。分離出來的冷凍油不斷凝聚，沿錐形腔體7的內壁面逐漸流到出油管5中，實現(xiàn)油氣的分離。
[0026]其中含油氣體從進氣管3通入到桶體中的筒形腔體6中，在本實施例中，如圖1和圖2所示，有一根進氣管3水平切向安裝于圓筒體上，以罐體上俯視桶體的視角看，含油氣體沿罐體內壁流動的方向是逆時針方向，含油氣體沿罐體的內壁面高速運動，由進氣管3流入的含油冷媒氣體在離心力的作用下，密度相對冷媒氣體大的油滴被甩到壁上，由于冷凍油的粘度較大，使得密度較大的油滴會附著并聚集在內壁面上。結合圖2，錐形腔體7為上部空腔大，下部空腔小的錐形，在錐形腔體7的內表面存在螺旋形的內螺紋9，該內螺紋9為連續(xù)的螺旋，沿含油氣體流動的方向旋轉的同時，也向下延伸而半徑逐漸變小。當含油氣體高速沿壁面旋轉時，螺旋形的內螺紋9 一方面會增加含油氣體與壁面的接觸面積，另一方面內螺紋9會有導流作用，引導含油氣體逐步轉動到錐形腔體的下端，增加含油氣體與錐形腔體內壁面的接觸面積。同時，含油氣體會促進凝聚的冷凍油向下流動，利用壓縮機冷凍油粘性較大而彈性較小這一特點實現(xiàn)已分離的壓縮機冷凍油快速流入出油管5。經(jīng)過旋風分離，其中約99.7%的冷凍油會被分離出來，是主要處理油份的手段，通過設置在下部的錐形腔體的搜集，易于匯集到下部的出油口。
[0027]如圖2所示，筒形腔體6內還在折流裝置8，結合圖2，進氣管3設置在錐形腔體7與折流裝置8之間，在本實施例中，折流裝置8有兩組，也可以是多組，具體根據(jù)冷媒氣體的流量和對油分離效率的要求進行設計。折流裝置8包括成對設置的第一折流部11和第二折流部12，當冷媒氣流到達錐形腔體7的下端某一位置時，形成向上的內旋流，內旋流冷媒氣體進入筒形腔體6后，會通過第一折流部的氣流通道，并發(fā)生折流才能起到分離冷凍油的效果，所以為了避免經(jīng)過折流部的空氣短路地通過第二折流部的氣流通道，在結構設置上，第一折流部的流通孔在第二折流部的投影處是封閉的；且所述的第二折流部的流通孔在第一折流部的投影處是封閉的。具體到本實施例中，如圖5和圖6所示，分別為第一折流部11和第二折流部的俯視圖，第一折流部11為中部設置有流通孔13，四周為與內腔壁貼合的盤狀物；第二折流部12為中部封閉，四周設置有多個凹孔部14與內腔壁形成通孔的盤狀物。當?shù)谝徽哿鞑?1設置在氣流通道的前部時，筒形腔體6中流動的冷媒氣體先經(jīng)過第一折流部11中部設置的流通孔13向上流動，向上的氣流沖擊到第二折流部12中部的封閉面，向四周流動，并從第二折流部12四周設置的多個凹孔部14與內腔壁形成通孔向上流動。而從筒形腔體6四周流出的冷媒氣體又因為下一層的第一折流部11四周為與內腔壁貼合，而無法繼續(xù)向上流動，不得不折返回第一折流部11中部設置的流通孔13向上流動，如此循環(huán)流動，氣流在第一折流部11、第二折流部12和內壁面上進行反復的轉向和沖撞，有利于冷凍油從冷媒氣流中分離出來。
[0028]進一步的，結合圖2所示，高速通過第一折流部11中部的流通孔13的冷媒氣體沖撞在第二折流部12底面，由于流通道變大，而流速降低，向四周流動是流通道變窄在折返入凹孔部14與內腔壁形成的通孔時，流速又明顯提高，從而增加了沖撞的效果，使得冷凍油易于從冷媒氣流中分離出來。
[0029]為了避免較多的冷凍油滴被吸附在濾芯10，從而提高濾芯10的流動阻力，通過螺旋形的內螺紋9和折流裝置8兩級分離，使得盡量多的冷凍油被分離，通過出油管排出。由于經(jīng)過折流裝置可以設置多個層次，所以可以根據(jù)需要進行設計和設置，通過高速氣流在折流通道中的折返沖撞，經(jīng)過折流裝置后，其中約99.8—99.95%的冷凍油會被分離出來，是主要進行進一步分離的手段，使盡量多的油份被分離，延長過濾芯10的工作壽命。在本實施例中，對于該工況下的CO2氣體，可以實現(xiàn)99.91%的高效分離。
[0030]如圖2所示，筒形腔體6上部中心設有排氣管4，排氣管4上套接有濾芯10所述濾芯10為雙層結構(圖中未示出)，第一層為細微粒層，由具有一定厚度和孔隙的硼硅酸鹽玻璃纖維制成，第二層由聚酯合成纖維制成。通過雙層過濾，可以把已經(jīng)處理過的含油氣體進一步分離，對冷媒氣流進行精分離，將直徑小于I μ m的油滴分離出來，使冷媒氣體的含油量降到Ippm以下。
[0031]具體的，本實施例中的油氣分離器是用于CO2冷媒的壓縮-蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，設置在壓縮機的出口，由于冷凍油可以很好的溶于CO2，并且可以充分的和CO2氣體混合，所以從CO2氣體中分離出冷凍油微粒的難度很大。特別是，本發(fā)明中的油氣分離器應用于壓縮機高壓排氣之后，這時的CO2氣體處于超臨界狀態(tài)，處于該狀態(tài)的CO2氣體密度要遠遠大于傳統(tǒng)冷媒在該工況下的密度，以R22為例，其該工況下的冷媒氣體密度為66.9837 kg/m3，還不到該工況下CO2氣體密度的45%，所以CO2氣體中分離出冷凍油的難度要遠遠大于傳統(tǒng)冷媒的油氣分離器。在經(jīng)過螺旋旋轉流分離，折流裝置的折返流分離，以及雙層濾芯精分離后，將直徑小于Iym的油滴分離出來，使冷媒氣體的含油量降到Ippm以下，并且，由于前兩步的高效分離，使得雙層濾芯精分離可以長時間使用。
[0032]第二實施例
如圖3和圖4所示為本發(fā)明的第二實施例，與第一實施例不同之處在于，本實施例采用對稱設置的兩個進氣管3，且兩個進氣管3的進氣方向相同，都是使得氣體沿逆時針方向水平切向進入到筒形腔體6。圖3為油氣分離器的進氣管處仰視圖，結合圖3中B-B出的剖視圖圖4，可以看到進氣管3的位置靠近第一折流部11的下部，而第一折流部11的四周與筒體內壁貼合密封，所以從進氣管進入的冷媒氣體會沿內壁面向下側流動，易于形成沿壁面向下流動，且在筒形腔體6和錐形腔體7中心形成向上的內旋流，這樣會形成穩(wěn)定的流動形態(tài)。
[0033]在出油管5與錐形腔體7之間還設置有油杯15，該油杯15用于累積從錐形腔體7內壁匯流下來的冷凍油，并把冷凍油從出油管5排出。
[0034]實施例三
第三實施例與第一實施例不同之處在于，本實施例采用較長的筒形腔體6，進氣口朝向下有一定的傾斜角度，該角度與水平面的夾角為28度，通過設置一定的角度，可以使冷媒氣體有較大的向下的流動趨勢，提高油氣分離的效率。當該角度的范圍在大于O度，小于30度范圍內都能取得較好的分離效果。
[0035]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明具體實施只局限于上述這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種油氣分離器，包括油氣分離器桶體，及設置在桶體上通入含油氣體的進氣管、排氣管和出油管，其特征在于:所述的分離器桶體內腔包括上下連通設置的筒形腔體和錐形腔體，所述的排氣管連通筒形腔體的頂部，所述的出油管連通錐形腔體的底部；在筒形腔體的上部設置有形成氣體折返流道的折流裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的油氣分離器，所述的進氣管為至少一個，該進氣管水平切向安裝于圓筒體上，且設置在筒形腔體靠近折流裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的油氣分離器，所述的錐形腔體的內表面設置有內螺紋，螺紋的旋轉方向與進氣管的進氣方向一致。
4.根據(jù)權利要求1所述的油氣分離器，所述的排氣管上套接有濾芯，該濾芯為雙層結構，其中第一層為細微粒層，由具有一定厚度和孔隙的硼硅酸鹽玻璃纖維制成，第二層由聚酯合成纖維制成。
5.根據(jù)權利要求1所述的油氣分離器，所述的進氣管切向安裝于圓筒體的折流裝置和錐形腔體之間，且進氣管向下有大于零度小于30度夾角。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的油氣分離器，所述的氣體依此通過所述的第一折流部與第二折流部，所述的第一折流部的流通孔在第二折流部的投影處是封閉的；且所述的第二折流部的流通孔在第一折流部的投影處是封閉的。
7.根據(jù)權利要求6所述的油氣分離器，所述的第一折流部為中部設置有流通孔，四周為與內腔壁貼合的盤狀物；所述的第二折流部為中部封閉，四周設置有多個與內腔壁形成通孔的盤狀物。
8.根據(jù)權利要求7所述的油氣分離器，所述的第一折流部為向下凸出的漏斗型，而與其對應設置的第二折流部為向上凸出的帽型，這樣在上下兩個折流部之間形成了中間厚，兩邊略薄的空腔。
9.根據(jù)權利要求7所述的油氣分離器，所述的出油管與錐形腔體之間還設置有油杯。
10.一種用于超臨界CO2的油分離器，其特征在于，所述的油分離器采用如權利要求1至9中任一項所述的結構。
【文檔編號】B01D50/00GK104147877SQ201310631238
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】張信榮, 劉勇, 李寧, 王少茹, 杜洪亮, 于華偉, 付加庭, 崔增光, 劉彪, 李林鳳 申請人:北京大學工學院包頭研究院