制冷系統(tǒng)附屬部件：氣液分離器介紹

　　一、什么是氣液分離器？  

　　制冷系統(tǒng)作為一個(gè)整體除了四大件（壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器）以外還有很多附屬部件，如今天要介紹的——?dú)庖悍蛛x器。

　　什么是氣液分離器？

　　汽液分離器的主要作用是：在啟動(dòng)、運(yùn)行或融霜（熱泵）后制冷劑液體返回時(shí)對(duì)壓縮機(jī)保護(hù)，主要是通過(guò)分離并保存回氣管里的制冷劑液體來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

　　氣液分離器對(duì)系統(tǒng)的低壓側(cè)提供額外的內(nèi)部容積，可以暫時(shí)儲(chǔ)存多余的制冷劑液體，并且也防止了多余制冷劑流到壓縮機(jī)曲軸箱造成油的稀釋。所以它有時(shí)也稱(chēng)作低壓儲(chǔ)液器。

　　兩點(diǎn)值得注意的是：

　?。?）非共沸制冷劑系統(tǒng)中不應(yīng)使用汽液分離器。

　?。?）冷凍油的處理

　　由于在分離制冷劑液體過(guò)程中，冷凍油也會(huì)被分離出來(lái)并積存在氣液分離器底部，所以在氣液分離器出口管和底部會(huì)有一個(gè)油孔，保證冷凍油可以回到壓縮，從而避免壓縮機(jī)缺油。氣液分離器的基本結(jié)構(gòu)如下圖：

　　氣液分離器主要分為立式，臥式和帶回?zé)嵫b置，在一些小系統(tǒng)如冰箱，會(huì)用一些銅管做一個(gè)簡(jiǎn)單的氣液分離器。氣液分離器的工作原理是帶液制冷劑進(jìn)入到氣液分器時(shí)由于膨脹速度下降使液體分離或打在一塊擋板上，從而分離出液體。

　　二、氣液分離器 VS 儲(chǔ)液器   

　　什么是儲(chǔ)液器？什么是氣液分離器？它們各自的用途是什么？

　　1、儲(chǔ)液器  

　　從它的名稱(chēng)本身含義就很清楚，是專(zhuān)門(mén)用來(lái)儲(chǔ)存制冷劑液體，提供制冷系統(tǒng)循環(huán)所需的供液量，確保制冷系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定而設(shè)置的。微型制冷系統(tǒng)中（如家用冰箱冷柜空調(diào)，即使用毛細(xì)管節(jié)流的系統(tǒng)）是不會(huì)設(shè)置儲(chǔ)液器的，只有在小型以上的制冷裝置中才會(huì)設(shè)置。

　　2、氣液分離器  

　　從它的名稱(chēng)本身含義也不難理解，它是氣體和液體分離的裝置。同樣，從裝置的名稱(chēng)就很容易知道它的作用了，即用來(lái)防止液體（潤(rùn)滑油或制冷劑）液擊壓縮機(jī)，保證壓縮機(jī)安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)。部分家用冰箱空調(diào)及以上制冷裝置中都會(huì)設(shè)置，特別是在大型制冷裝置中更為重要。

　　了解了它們各自的用途，自然就知道了它們各自的安裝位置。按照制冷工程的工藝流程，儲(chǔ)液器必須（也只能、只有）安裝在冷凝器之后，調(diào)節(jié)閥（節(jié)流閥、膨脹閥）之前。

　　所以采用毛細(xì)管節(jié)流方式的系統(tǒng)中就不存在了，根本不可能存在。氣液分離器，必須（也只能、只有）安裝在蒸發(fā)器后，進(jìn)入壓縮機(jī)前，為防止系統(tǒng)制冷劑過(guò)多、蒸發(fā)器未完全蒸發(fā)的過(guò)潮過(guò)濕帶顆粒性的混合氣體、或氣體中可能夾帶的潤(rùn)滑油而專(zhuān)設(shè)的分離容器，有效地保護(hù)壓縮機(jī)。

　　三、氣液分離器設(shè)計(jì)和使用原則  

　　1、 氣液分離器必須有足夠的容量來(lái)儲(chǔ)存多余的液態(tài)制冷劑。

　　特別是熱泵系統(tǒng)，最好不要少于充注量的50%，如果有條件最好做試驗(yàn)驗(yàn)證一下，因?yàn)橛霉?jié)流孔板或毛細(xì)管在制熱時(shí)節(jié)流，可能會(huì)有70%的液態(tài)制冷劑回到氣液分離器。還有高排氣壓力，低吸氣壓力也會(huì)讓更多的液態(tài)制冷劑進(jìn)入氣液分離器。用熱力膨脹閥會(huì)少一些，但也可能會(huì)有50%流到氣液分離器，主要是在除霜開(kāi)始后，外平衡感溫包還是熱的，所以制冷劑會(huì)大量流過(guò)蒸發(fā)器而不蒸發(fā)從而進(jìn)入氣液分離器。在停機(jī)時(shí)，氣液分離器是系統(tǒng)中最冷的部件，所以制冷劑會(huì)遷移到這里，所以要保證氣分有足夠的容量來(lái)儲(chǔ)存這些液態(tài)制冷劑。

　　2、 適當(dāng)?shù)幕赜涂准斑^(guò)濾網(wǎng)保證冷凍油和制冷劑回到壓縮機(jī)。

　　回油孔的尺寸要盡量保證沒(méi)液態(tài)制冷劑回流到壓縮機(jī)，但也要保證冷凍油盡量可以回到壓縮機(jī)。如果是運(yùn)行中氣液分離器中存有的液態(tài)制冷劑，推薦使用直徑0.040 in (1.02mm),，如果是因?yàn)橥C(jī)制冷劑遷移到氣液分離器推薦使用0.055 in (1.4mm)（谷輪的應(yīng)用工程手冊(cè)是直接給出0.040-0.050 in(1.02-1.3 mm)，并給出一般氣液分離器是0.0625-0.125(1.6-3.2mm))。當(dāng)然如果有條件也可能用試驗(yàn)優(yōu)化這個(gè)尺寸，以達(dá)到最好效果。還有過(guò)濾網(wǎng)，谷輪推薦使用不小于30X30目（0.6mm孔徑），這里推薦使用50X60 目，這里好象有點(diǎn)矛盾，不過(guò)考慮到在中國(guó)空調(diào)安裝的水平，特別是分體式的安裝，經(jīng)常會(huì)有雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，所以用小點(diǎn)孔徑會(huì)穩(wěn)妥些。

　　3、氣液分離器的壓力損失盡可能小。

　　冷凍油和制冷劑的流量由出口U形管的尺寸控制，所以它的尺寸也決定了制冷劑的壓力損失，因?yàn)檫M(jìn)入出口管的制冷劑是高速的。這里有一個(gè)參考值，對(duì)于R22，R134，R404A，R410A，在5℃蒸發(fā)溫度，30℃吸氣溫度時(shí)壓力損失為7kPa, 有些公司資料上壓力損失是1/2F（0.5C）這應(yīng)該是指飽和狀態(tài)下的壓力。但是不同制冷劑換算成壓力又是不同的，前面提的壓力損失又是針對(duì)幾種制冷劑，所以這些參數(shù)只是作為參考。

　　在氣液分離器設(shè)計(jì)時(shí)，圖紙中應(yīng)明確如下要求：

　　1、相應(yīng)配管尺寸、外形尺寸

　　2、氣密試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)等壓力試驗(yàn)

　　3、潔凈度、殘留水分

　　4、進(jìn)氣管處筒體上應(yīng)明確進(jìn)行標(biāo)注

　　5、筒體內(nèi)應(yīng)充入0.05MPa高純氮?dú)獗?/p>

　　6、其他關(guān)鍵技術(shù)要求或材料、尺寸要求

　　7、過(guò)慮網(wǎng)目數(shù)

　　四、氣液分離器的分離原理及特點(diǎn)  

　　制冷裝置中的氣液分離器采用的分離結(jié)構(gòu)型式很多。

　　其分離方法也有：

　?。?）重力沉降；

　?。?）折流分離；

　?。?）離心力分離；

　　（4）絲網(wǎng)分離；

　　（5）超濾分離；

　?。?）填料分離等。

　　但綜合起來(lái)分離原理只有兩種：

　　1、利用組分質(zhì)量（重量）分離

　　利用組分質(zhì)量（重量）不同對(duì)混合物進(jìn)行分離（如分離方法1、2、3、6）。氣體與液體的密度不同，相同體積下氣體的質(zhì)量比液體的質(zhì)量小。

　　2、利用分散系粒子大小分離

　　利用分散系粒子大小不同對(duì)混合物進(jìn)行分離（如分離方法4、5）。液體的分子聚集狀態(tài)與氣體的分子聚集狀態(tài)不同，氣體分子距離較遠(yuǎn)，而液體分子距離要近得多，所以氣體粒子比液體粒子小些。

　　重力沉降：

　　1、重力沉降原理

　　由于氣體與液體的密度不同，液體在與氣體一起流動(dòng)時(shí)，液體會(huì)受到重力的作用，產(chǎn)生一個(gè)向下的速度，而氣體仍然朝著原來(lái)的方向流動(dòng)，也就是說(shuō)液體與氣體在重力場(chǎng)中有分離的傾向，向下的液體附著在壁面上匯集在一起通過(guò)排放管排出。

　　2、重力沉降的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。2）設(shè)備制作簡(jiǎn)單。3）阻力小。

　　缺點(diǎn)：1）分離效率最低。2）設(shè)備體積龐大。3）占用空間多。

　　3、改進(jìn)重力沉降的改進(jìn)方法：

　　1）設(shè)置內(nèi)件，加入其它的分離方法。

　　2）擴(kuò)大體積。

　　從氣液分離器的要求來(lái)看，就要求其能將氣體與液體盡可能分離，經(jīng)過(guò)氣液分離器之后，液體就是液體，不含有氣體，而氣體就是氣體，不含有液體。當(dāng)然一個(gè)分離器實(shí)際上其分離效率不可能１００%，因種種原因?qū)嶋H的情況是根據(jù)不同分離要求來(lái)選擇氣液分離器。

　　氣液分離器分離效率的選擇跟待分離的液體物性有關(guān)，如果液體粘度大，分子間作用力強(qiáng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)容易分離一些，所以油水分離器一般分離極數(shù)比水分離器低。同樣的分離要求，較粘液體的分離器的分離方式在上述順序中可以降低一檔。但較粘的液體存在的嚴(yán)重問(wèn)題在于液體下流時(shí)間較長(zhǎng)。

　　五、油孔徑計(jì)算方法  

　　回油孔大了回油會(huì)變好，但是液體冷媒的回流也會(huì)變多，從而導(dǎo)致油被稀釋?zhuān)ㄓ偷臐?rùn)滑作用降低）渦旋部會(huì)異常磨耗，壓縮機(jī)就可能出故障。

　　回油孔小了回去的液體冷媒會(huì)減少了，但是因回油也減少了，機(jī)內(nèi)就會(huì)供油不足，由于渦旋部的供油不足，就會(huì)出現(xiàn)異常磨耗，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)故障。

　　因此回油孔徑要保證壓縮機(jī)內(nèi)的油量，且要抑制液體冷媒的回流使之達(dá)到油稀釋的規(guī)定以下，有必要設(shè)計(jì)合適的孔徑。

　　均壓孔面積（mm2）＝出口管外徑面積（mm2）×（0.03～0.033）

　　最終的均壓孔徑在計(jì)算完成后必須根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。

　　試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：

　?。?）氣液分離器在液態(tài)制冷劑液面固定的狀態(tài)下停止壓縮機(jī)時(shí)，液態(tài)制冷劑不會(huì)流入壓縮機(jī)內(nèi)。

　?。?）進(jìn)行回油試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。以上確認(rèn)可以通過(guò)在氣液分離器～壓縮機(jī)之間的回氣管上安裝視液鏡進(jìn)行觀察。

　　計(jì)算實(shí)例：

　　建議為超低溫設(shè)計(jì)的機(jī)組在做回油孔設(shè)計(jì)時(shí)，采用多回油孔的設(shè)計(jì)方法（回油孔分散到合適的高度，這樣可以提高壓縮機(jī)的可靠性，回油孔的總面積和一個(gè)孔時(shí)相同），如下面多回油孔示意圖

　　六、氣液分離器孔壓設(shè)計(jì)  

　　氣液分離器出口管的均壓孔徑是按以下計(jì)算的。

　　均壓管孔徑面積(mm2) ＝ 出口管外徑斷面積(mm2) × (0.03～0.033)（注）最終的均壓孔徑的計(jì)算，還是根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)決定的。

　　氣液分離器的液態(tài)制冷劑在積存量固定的狀態(tài)下停下壓縮機(jī)時(shí)，液態(tài)制冷劑是不會(huì)流入壓縮機(jī)內(nèi)的。

　　＊在氣液分離器～壓縮機(jī)之間安裝視液鏡進(jìn)行確認(rèn)。

　　〈計(jì)算實(shí)例〉

　　設(shè)計(jì)條件 出口管外徑：φ22.3

　　均壓管孔徑面積(mm2) ＝ {1/4×3.14×(22.32)}×0.03＝ 11.71

　　均壓孔徑φ(mm) ＝ 11.71÷(1/4×3.14)＝ 3.9mm

　　→ 初步采用φ4.0 的均壓孔，后用試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。

　　氣液分離器盡量靠近壓縮機(jī)安裝，有四通閥的安裝在四通閥和壓縮機(jī)之間，有過(guò)濾器的安裝在它和壓縮機(jī)之間。