一種新型氣液分離器在制冷系統中的應用

潘 勇

（浙江三花制冷集團有限公司，浙江 新昌 312500）

1 潤滑油對制冷系統性能的影響

目前，在空調系統中多采用多壓縮機并聯系統，回油問題一直是制約其發展的關鍵因素之一。為此我們設計了一款新型的氣液分離器，在此之前需要就潤滑油對制冷系統的影響進行闡述。

1.1 潤滑油對壓縮機的影響

潤滑油的基本作用是其潤滑的作用，以減少運動部件間的摩擦損耗。在壓縮機中潤滑油具有潤滑、冷卻和密封的三重功效，是制約壓縮機性能的關鍵因素。

據統計，當壓縮機中的含油量小于7%時，隨著壓縮機含油量的增加其容積效率也逐漸升高。這是因為在壓縮機中含油量較少時，油量增加則意味著壓縮機密封性的提高，在氣閥處的流動阻力增加，實際吸氣壓力降低，壓縮機的吸氣比容增加；但是當其含油量大于9.1%時則相反，這是因為此時壓縮機中的潤滑油占據了一定的容積，其吸氣容積減少，摩擦力增加，摩擦損失增加，進而導致容積效率的降低。為此必須保證壓縮機中的含油量在7%～9.1%，以使其獲得最佳的工作性能[1]。

壓縮機內軸功率也跟其內的含油量有關，當含油量低于6%時，壓縮機面臨著泄露的問題；當含油量大于10.7%時，吸氣容積減少，排氣流動阻力增大，使得壓縮機的功耗增加。對于壓縮機來說其功率損失的增加是由于排氣流動損失和相對運動部件間摩擦造成的[2]。

1.2 潤滑油對管路的影響

在制冷系統中潤滑油在管路中有氣體變為液體，在制冷系統中的管路中進行循環。潤滑油跟制冷劑分離后可以通過加設氣液分離器來解決，當二者互溶時需要考慮潤滑油在垂直管路中的流動，因為潤滑油在向上流動時受重力和粘度的雙重影響。在設計管道時就要以潤滑油的粘度和管道傾斜角度為依據，確定管徑及館內氣體的流速[3]。

2 制冷/制熱循環中制冷劑的狀態和回油情況

在制冷模式下，制冷劑在壓縮機和冷凝器間是高溫高壓氣體，潤滑油呈霧狀，且大部分跟制冷劑混合在一起，具有較大的流動速度，回油比較順利。當氣體進入冷凝器后，制冷劑和潤滑油均被冷凝成液體，二者一起以液體形式進入蒸發器。在蒸發器中制冷劑逐漸蒸發，重新以氣體形式存在，潤滑油仍然保持其液體，從而實現了氣液的分離。在蒸發器的過熱區和氣液分離器之間，潤滑油的流動阻力較小，會發生大量積存。因此在制冷循環中解決這一區域的回油問題是系統正常運行的保證[4-5]。在制熱模式下，由于蒸發器過熱區和壓縮機進口間的管路較短，可以不考慮回油[6]。

3 氣液分離器的原理

氣液分離器是制冷系統中非常重要的一部分，負責保護壓縮機的正常運轉。一般情況下，氣液分離器安裝在蒸發器出口和壓縮機的入口處，當蒸發器中的制冷劑沒有完全蒸發，就會以液體狀態進入壓縮機內部，對壓縮機產生液擊現象，從而引起壓縮機的損壞。氣液分離裝置的作用就是將制冷機氣體和制冷劑液體進行分離，使氣態制冷劑和潤滑油重新返回壓縮機。本公司所使用的氣液分離器的結構如下如圖1所示，其過濾部件上鉆了一個小孔，作為回油孔。該回油孔也可以直接鉆在U型管上。其分離原理是利用制冷劑氣態和液態密度不同，使氣液混合狀態流體流經進口管進入直徑較大的分離器時利用突然擴大通道面積而使其流速降低，同時改變其流動方向，使液滴下沉氣體上浮。氣體經U形管的進口部位進入，氣體流經過濾部件上的回油孔時就會產生一定的負壓，吸取部分潤滑油，并經過U形管進入壓縮機。其具體的路徑是：

從蒸發器出來的氣液混合態制冷劑由進口管進入分離器內，氣態制冷劑進入筒體后氣流擴散，由于沒有汽化的液態制冷劑本身比氣體重，會直接落入筒體底部，汽化的制冷劑則上浮經導氣管從出口管進入壓縮機內，從而防止了壓縮機吸入液態制冷劑造成液擊。同時，壓縮機的長期運轉，其內部會有一定的潤滑機油隨汽化的制冷劑排出，通過進口管進入筒體內，在壓縮機的吸力作用下，這些潤滑機油經過濾網的過濾后，經回油孔從出氣管進入壓縮機內，這樣對壓縮機又起到潤滑保護作用。

氣體流經過濾部件產生的負壓直接影響系統吸取潤滑油的量，當回油孔d、出氣管直徑D一定時，隨著Sn/S0（S0表示U形管原材料內部空間的截面積，Sn表示設定后的U形管內部空間的界面積）值的增加，負壓值逐漸減小。當Sn/S0＜50%的時候,系統會有明顯噪音，且流體壓力降增大，試驗結果表明Sn/S0取50%～90%范圍是合適的。在實際應用中可根據不同系統回油能力的要求，在50%～90%范圍內進行調整以達到最佳狀態。故本公司設計的氣液分離器只需通過對氣管在回油孔處內部空間的有效截面積的設定，就能夠得到合適的回油壓力，并且零件的通用性較好，能夠滿足不同規格制冷循環系統的要求。

圖1 氣液分離器原理結構圖

4 結論

氣液分離器是制冷系統中非常重要的器件，其性能的優劣直接影響著壓縮機的性能。在制冷系統中不僅能夠起到氣液分離防止壓縮機液擊的影響，還起到了過濾和回油的作用。本文設計的用于制冷系統的氣液分離器大大提高了系統回油的可靠性，延長了制冷系統用儲液分離器的使用壽命。

［1］李濤，袁秀玲,等.潤滑油對制冷系統的影響[J].制冷與空調，2005，5(4).

［2］楊傳波，張薇，李連生,等.制冷系統含油量對制冷壓縮機工作性能影響的理論分析和實驗研究[J].制冷學報，2005，2：19-23.

［3］Darin W.Nuter，Dennis O'Neal，W.Vance Payne.Impact of the suction line accumulator on the frost/defrost performance of an air-source heat pump with a scroll compressor[J].ASHRAE Trans，1993，99(1)：284-290.

［4］劉益才，秦嵐.商用空調多聯機系統關鍵技術發展研究[J].建筑熱能通風空調，2004，23(4)：27-29.

［5］招偉.一拖多空調制冷系統的回油及貯油實驗研究[J].制冷學報，2002，2：60-63.

［6］張超甫.雙壓縮機并聯多聯機回油問題探討[J].熱點關注.