專利名稱：一種能量回收式汽液分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及混合工質(zhì)低溫氣體液化技術(shù)領(lǐng)域中的汽液分離設(shè)備，尤其是涉及一種能量回收式汽液分離器。
背景技術(shù)：
基于常規(guī)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷循環(huán)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛的關(guān)注和重視，該制冷系統(tǒng)中唯一的運(yùn)動(dòng)部件是壓縮機(jī)，而采用普冷領(lǐng)域廣泛使用、技術(shù)成熟的單級(jí)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)大大降低了系統(tǒng)成本，這就為小型低溫氣體液化裝置的工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。采用油潤(rùn)滑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)混合工質(zhì)一次節(jié)流制冷系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，但依然存在一些技術(shù)問(wèn)題第一，由于混合工質(zhì)中高沸點(diǎn)組元凝固點(diǎn)較高，在低溫工況時(shí)有可能固相析出，堵塞節(jié)流元件，從而進(jìn)一步影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；第二，采用油潤(rùn)滑壓縮機(jī)作為制冷系統(tǒng)動(dòng)力源，最大的問(wèn)題就是如何高效濾油，商業(yè)油分離器對(duì)油滴可以進(jìn)行很好的分離，但是對(duì)于溶解于混合工質(zhì)中的潤(rùn)滑油油氣則分離困難，當(dāng)潤(rùn)滑油隨高壓混合工質(zhì)氣流進(jìn)入多股流換熱器低溫端時(shí)，即使是少量的潤(rùn)滑油凝固，都有可能導(dǎo)致多股流換熱器微通道或節(jié)流閥堵塞，同時(shí)系統(tǒng)回油不暢，導(dǎo)致壓縮機(jī)潤(rùn)滑不足，影響壓縮機(jī)的使用壽命；第三，采用常規(guī)分離器，在回油的同時(shí)使得大量的高壓混合工質(zhì)在沒(méi)有制冷之前就隨潤(rùn)滑油返回壓縮機(jī)，造成能量浪費(fèi)，降低了系統(tǒng)的循環(huán)效率。如何實(shí)現(xiàn)不同沸點(diǎn)混合工質(zhì)組元的高效分離，同時(shí)較好地解決制冷系統(tǒng)低溫工況時(shí)潤(rùn)滑油等雜質(zhì)堵塞問(wèn)題一直被廣泛的關(guān)注和大力研究。1936年W. J. Podbielniak (U. S. Patent No. 1，426，956)提出一種混合工質(zhì)多級(jí)節(jié)流循環(huán)，其工質(zhì)在不同溫度分離節(jié)流。1959年A. P. Kleemenko成功將混合制冷劑內(nèi)復(fù)疊循環(huán)應(yīng)用于天然氣液化裝置中，其循環(huán)流程依據(jù)不同溫區(qū)和工質(zhì)種類設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)汽液分離器，同時(shí)在每個(gè)分離器之間安裝一個(gè)或幾個(gè)換熱器，以逐級(jí)分離高低沸點(diǎn)混合工質(zhì)及潤(rùn)滑油。這種制冷循環(huán)系統(tǒng)可靠性有一定的提高，但是系統(tǒng)構(gòu)成非常復(fù)雜，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用大，因而難以滿足許多應(yīng)用場(chǎng)合的要求。1973年D.J. Missimer (U. S. Patent No. 3，768，273)采取將混合制冷劑逐級(jí)部分汽液分離的方式使得油潤(rùn)滑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)獲得商業(yè)應(yīng)用，但循環(huán)中仍然需要多個(gè)分離器，系統(tǒng)構(gòu)成仍較復(fù)雜。另有一些學(xué)者對(duì)流程中不設(shè)置汽液分離器的混合工質(zhì)一次節(jié)流制冷系統(tǒng)做了深入研究，其混合工質(zhì)主要采用惰性氣體(如氮?dú)?、氖氣、氬?及烷烴類氣體(如甲烷、乙烷、丙烷、異戊烷、異丁烷)的混合物。由于系統(tǒng)中潤(rùn)滑油等雜質(zhì)不能徹底清除，制冷系統(tǒng)低溫工況時(shí)仍然存在堵塞問(wèn)題，系統(tǒng)穩(wěn)定性有待提高。近些年來(lái)，利用制冷系統(tǒng)低壓工質(zhì)返流來(lái)冷卻高壓工質(zhì)氣流，實(shí)現(xiàn)高壓混合工質(zhì)組元的分凝分離，同時(shí)去除潤(rùn)滑油等雜質(zhì)的研究思路也被提出。W. A. Little (U. S. Patent No. 5, 724,832,1995 ； U.S. Patent No. 5，617，739，1996)從潤(rùn)滑油分離的角度出發(fā)提出了一種自清潔循環(huán)，就是利用低壓工質(zhì)返流冷量來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油分離。其他類似研究報(bào)道見(jiàn)諸C. N. Patent ZL99203770. O (陳光明，2000)、C. N. Patent 1361399A (吳劍峰，2002)、C. N. Patent101625191A(吳劍峰，2010)等，上述技術(shù)措施可以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油分離，但所采用分離器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本較高，系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資成本都受到影響。綜上所述，常規(guī)分離器主要采用機(jī)械分離的方式對(duì)混合工質(zhì)不同沸點(diǎn)組元進(jìn)行汽液分離，難以提供足夠的讓混合工質(zhì)進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)的空間接觸面積和氣液接觸停留時(shí)間， 因而難以達(dá)到高效分離的目的。同時(shí)，增大了制冷系統(tǒng)的復(fù)雜性和投資成本，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，因而不適合小型低溫氣體液化裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種汽液分離效率高、應(yīng)用范圍廣的能量回收式汽液分離器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為—種能量回收式汽液分離器，包括主體和主體內(nèi)由下至上依次設(shè)置的入流均布噴射器、復(fù)合式分離層和均流收氣器，主體外還通過(guò)一回流管連接主體底部和復(fù)合式分離層， 主體底部與入流均布噴射器連通。一種能量回收式汽液分離器，包括主體和主體內(nèi)由下至上依次設(shè)置的入流均布噴射器、折流分離層、冷卻分凝層和均流收氣器，所述冷卻分凝層在主體外還通過(guò)一回流管連接。被冷凝器冷卻后的高壓混合工質(zhì)進(jìn)入入流均布噴射器，富含高沸點(diǎn)組分和潤(rùn)滑油的液相混合物沉積于汽液分離器底部，富含低沸點(diǎn)組分的氣相混合工質(zhì)在沉積液中浸沒(méi)洗油后上升，經(jīng)固定于器壁槽道的折流分離層進(jìn)行折流分離和重力沉降，然后進(jìn)入冷卻分凝層；汽液分離器底部的沉積液由回流管引出，經(jīng)節(jié)流閥減壓膨脹后，進(jìn)入冷卻分凝層的導(dǎo)流管道， 與上升的氣相混合工質(zhì)進(jìn)行熱交換；被凈化提純后的氣相混合工質(zhì)經(jīng)均流收氣器進(jìn)入下一級(jí)制冷部件繼續(xù)降溫。所述復(fù)合式分離層包括依次由下至上設(shè)置的折流分離層和冷卻分凝層，或者包括依次由下至上設(shè)置的冷卻分凝層和折流分離層。優(yōu)選的，所述入流均布噴射器為設(shè)置的至少一條管道，管道一端連通主體側(cè)面，另一端封閉于主體內(nèi)，管道側(cè)面開(kāi)有均流孔隙，管道開(kāi)有均流孔隙的一側(cè)朝下設(shè)置；當(dāng)均流孔隙直徑小于Irnm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有至少1000個(gè)；當(dāng)均流孔隙直徑為1 4 mm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有400 1000個(gè)；當(dāng)均流孔隙直徑大于4mm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有最多400個(gè)。入流均布噴射器封閉于主體內(nèi)的一側(cè)封堵，管道下側(cè)設(shè)有均流孔隙，上側(cè)不設(shè)均流孔隙，氣液兩相態(tài)混合工質(zhì)進(jìn)入入流均布噴射器，從所設(shè)均流孔隙向側(cè)下方四周噴射，液相工質(zhì)沉積于主體底部，氣相射流在液相工質(zhì)中浸沒(méi)、翻滾、上升，在實(shí)現(xiàn)傳熱、傳質(zhì)的同時(shí)再次清洗潤(rùn)滑油。優(yōu)選的，所述折流分離層為一百葉擋板，所述冷卻分凝層為一翅片換熱器。優(yōu)選的，所述回流管入口設(shè)于與入流均布噴射器均流孔相對(duì)的主體底部，回流管上設(shè)有節(jié)流閥。汽液分離器底部的沉積液從回流管引出，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥膨脹減壓降溫后進(jìn)入冷卻分凝層的導(dǎo)流管。優(yōu)選的，所述均流收氣器為設(shè)置的至少一條管道，管道一端連通主體側(cè)面，另一端于主體內(nèi)開(kāi)通，管道側(cè)面開(kāi)有均流孔，管道開(kāi)有均流孔的一側(cè)朝上設(shè)置；當(dāng)均流孔直徑小于 Imm時(shí)，均流孔設(shè)置有至少1000個(gè)；當(dāng)均流孔直徑為1 4 mm時(shí)，均流孔設(shè)置有500 1000個(gè)；當(dāng)均流孔直徑為4 12 mm時(shí)，均流孔設(shè)置有100 500個(gè)；當(dāng)均流孔直徑大于12mm 時(shí)，均流孔設(shè)置有最多100個(gè)。被凈化提純后的氣相混合工質(zhì)從上側(cè)均流孔和開(kāi)通端進(jìn)入均流收氣器，此過(guò)程中氣相工質(zhì)流所夾帶液滴可以被離心甩出。優(yōu)選的，所述均流收氣器的主體內(nèi)開(kāi)通的一側(cè)向下傾斜設(shè)置。均流收氣器開(kāi)通端向下傾斜安裝，即使出流氣相混合工質(zhì)中夾帶液滴，也會(huì)流向主體內(nèi)部，保證進(jìn)入下一級(jí)部件的氣相混合工質(zhì)中不夾帶液滴。優(yōu)選的，主體外側(cè)面于入流均布噴射器和折流分離層間設(shè)有視鏡，可觀察汽液分離器內(nèi)制冷劑液面的變化情況。優(yōu)選的，所述折流分離層和冷卻分凝層的尾部和主體側(cè)面間均設(shè)有擋板，以分隔開(kāi)主體內(nèi)上下兩部分的空間，保證分離和冷卻效果。優(yōu)選的，主體的底部長(zhǎng)與主體的高度比值為0. 2 5. 0。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)一、汽液分離器內(nèi)設(shè)有換熱器(冷卻分凝層)，一體化設(shè)計(jì)，設(shè)備無(wú)活動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，大大簡(jiǎn)化了制冷系統(tǒng)流程，從而降低了系統(tǒng)投資成本；二、復(fù)合式分離層設(shè)計(jì)，回收利用液相制冷劑膨脹降溫產(chǎn)生的冷量進(jìn)一步提純凈化混合工質(zhì)，確保在整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)中進(jìn)入多股流換熱器的混合工質(zhì)幾乎不含潤(rùn)滑油等雜質(zhì)，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也提高了系統(tǒng)效率和能源利用率； 三、均流進(jìn)、排氣設(shè)計(jì)，汽液分離效率高，應(yīng)用范圍廣，特別適用于液氮及以上溫區(qū)的混合工質(zhì)節(jié)流制冷循環(huán)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述一種能量回收式汽液分離器，應(yīng)用于一個(gè)小型低溫氣體液化系統(tǒng)，系統(tǒng)制冷劑采用六元混合工質(zhì)，其濃度摩爾百分比為N2 5 30% ；CH4 10 35% ；C2H6 5 20% ；C3H8 10 40%;iC4H1(1和iC5H12總和不超過(guò)10%。系統(tǒng)采用單級(jí)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)壓比為1. 0 10. 0，系統(tǒng)高壓小于50. Obar。如圖1所示，本實(shí)用新型提供的能量回收式汽液分離器，由入流均布噴射器6、折流分離層4、冷卻分凝層2、擋板3、均流收氣器1、回流管7、節(jié)流閥8、視鏡5等部件構(gòu)成， 折流分離層4為一百葉擋板，冷卻分凝層2為一翅片換熱器。入流均布噴射器6為設(shè)置的至少一條管道，管道一端連通主體側(cè)面，另一端封閉于主體內(nèi)且封堵，管道側(cè)面開(kāi)有均流孔隙，管道開(kāi)有均流孔隙的一側(cè)朝下設(shè)置；入流均布噴射器封閉于主體內(nèi)的一側(cè)封堵，管道下側(cè)設(shè)有均流孔隙，上側(cè)不設(shè)均流孔隙，氣液兩相態(tài)混合工質(zhì)進(jìn)入入流均布噴射器，從所設(shè)均流孔隙向側(cè)下方四周噴射，液相工質(zhì)沉積于主體底部，氣相射流在液相工質(zhì)中浸沒(méi)、翻滾、 上升，在實(shí)現(xiàn)傳熱、傳質(zhì)的同時(shí)再次清洗潤(rùn)滑油。當(dāng)均流孔隙直徑小于Imm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有至少1000個(gè)；當(dāng)均流孔隙直徑為1 4 mm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有400 1000個(gè)；當(dāng)均流孔隙直徑大于4mm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有最多400個(gè)。均流收氣器1為設(shè)置的至少一條管道， 管道一端連通主體側(cè)面，另一端于主體內(nèi)開(kāi)通，管道側(cè)面開(kāi)有均流孔，管道開(kāi)有均流孔的一側(cè)朝上設(shè)置；被凈化提純后的氣相混合工質(zhì)從上側(cè)均流孔和開(kāi)通端管孔進(jìn)入均流收氣器， 此過(guò)程中氣相工質(zhì)流所夾帶液滴可以被離心甩出。當(dāng)均流孔直徑小于Imm時(shí)，均流孔設(shè)置有至少1000個(gè)；當(dāng)均流孔直徑為1 4 mm時(shí)，均流孔設(shè)置有500 1000個(gè)；當(dāng)均流孔直徑為4 12 mm時(shí)，均流孔設(shè)置有100 500個(gè)；當(dāng)均流孔直徑大于12mm時(shí)，均流孔設(shè)置有最多100個(gè)。均流收氣器1的主體內(nèi)開(kāi)通的一側(cè)向下傾斜設(shè)置，均流收氣器開(kāi)通端向下傾斜安裝，即使出流氣相混合工質(zhì)中夾帶液滴，也會(huì)流向主體內(nèi)部，保證進(jìn)入下一級(jí)部件的氣相混合工質(zhì)中不夾帶液滴。折流分離層4和冷卻分凝層2的尾部和主體側(cè)面間均設(shè)有擋板3，以分隔開(kāi)主體內(nèi)上下兩部分的空間，保證分離和冷卻效果。主體的底部長(zhǎng)與主體的高度比值為0. 2 5. 0。具體汽液分離過(guò)程為被系統(tǒng)預(yù)冷設(shè)備冷卻后的混合工質(zhì)進(jìn)入汽液分離器的入流均布噴射器6，富含高沸點(diǎn)組分和潤(rùn)滑油的液相混合物沉積于汽液分離器底部，富含低沸點(diǎn)組分的氣相混合工質(zhì)在沉積液中浸沒(méi)洗油后上升，經(jīng)固定于器壁槽道的折流分離層4進(jìn)行折流分離和重力沉降，然后進(jìn)入冷卻分凝層的翅片空間；汽液分離器底部沉積液從回流管7引出，經(jīng)節(jié)流閥8減壓膨脹后，進(jìn)入冷卻分凝層2的導(dǎo)流管道，與上升的氣相混合工質(zhì)進(jìn)行熱交換，然后返回壓縮機(jī)。被凈化提純后的氣相混合工質(zhì)經(jīng)由均流收氣器1進(jìn)入多股流換熱器進(jìn)行更低降溫。穩(wěn)定工況時(shí)，汽液分離器入口混合工質(zhì)溫度與其出口混合工質(zhì)溫度溫差為1.0 10. 0°C，可回收冷量100 1500W。系統(tǒng)降溫過(guò)程中，可通過(guò)視鏡5觀察汽液分離器內(nèi)制冷劑液面變化情況。實(shí)驗(yàn)前期，汽液分離器內(nèi)液面波動(dòng)較大，這時(shí)由于節(jié)流閥8開(kāi)度調(diào)節(jié)所致，但回流管7節(jié)流閥8前后溫度測(cè)點(diǎn)無(wú)異常波動(dòng)，節(jié)流效應(yīng)穩(wěn)定，因此可推斷混合制冷劑液面位于下視鏡下端時(shí)，其存液仍足以保證洗油和回冷要求。系統(tǒng)穩(wěn)定工況時(shí)，制冷劑液面介于上下視鏡之間，跟預(yù)期設(shè)計(jì)相符。以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種能量回收式汽液分離器，其特征在于，包括主體和主體內(nèi)由下至上依次設(shè)置的入流均布噴射器、復(fù)合式分離層和均流收氣器，主體外還通過(guò)一回流管連接主體底部和復(fù)合式分離層，主體底部與入流均布噴射器連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，所述復(fù)合式分離層包括依次由下至上設(shè)置的折流分離層和冷卻分凝層，或者包括依次由下至上設(shè)置的冷卻分凝層和折流分離層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，所述折流分離層為一百葉擋板，所述冷卻分凝層為一翅片換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，所述入流均布噴射器為設(shè)置的至少一條管道，管道一端連通主體側(cè)面，另一端封閉于主體內(nèi)，管道側(cè)面開(kāi)有均流孔隙，管道開(kāi)有均流孔隙的一側(cè)朝下設(shè)置；當(dāng)均流孔隙直徑小于Imm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有至少1000個(gè)；當(dāng)均流孔隙直徑為1 4 mm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有400 1000個(gè)；當(dāng)均流孔隙直徑大于4mm時(shí)，均流孔隙設(shè)置有最多400個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，所述回流管入口設(shè)于與入流均布噴射器均流孔相對(duì)的主體底部，回流管上設(shè)有起減壓膨脹作用的節(jié)流閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，所述均流收氣器為設(shè)置的至少一條管道，管道一端連通主體側(cè)面，另一端于主體內(nèi)開(kāi)通，管道側(cè)面開(kāi)有均流孔， 管道開(kāi)有均流孔的一側(cè)朝上設(shè)置；當(dāng)均流孔直徑小于Imm時(shí)，均流孔設(shè)置有至少1000個(gè)； 當(dāng)均流孔直徑為1 4 mm時(shí)，均流孔設(shè)置有500 1000個(gè)；當(dāng)均流孔直徑為4 12 mm時(shí)， 均流孔設(shè)置有100 500個(gè)；當(dāng)均流孔直徑大于12mm時(shí)，均流孔設(shè)置有最多100個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，所述均流收氣器的主體內(nèi)開(kāi)通的一側(cè)向下傾斜設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，主體外側(cè)面于入流均布噴射器和折流分離層間設(shè)有視鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，所述折流分離層和冷卻分凝層的尾部和主體側(cè)面間均設(shè)有擋板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收式汽液分離器，其特征在于，主體的底部長(zhǎng)與主體的高度比值為0. 2 5.0。
專利摘要一種能量回收式汽液分離器，包括主體和主體內(nèi)由下至上依次設(shè)置的入流均布噴射器、折流分離層、冷卻分凝層和均流收氣器，折流分離層與冷卻分凝層組成的復(fù)合式分離層和入流均布噴射器在主體外還通過(guò)一回流管連接。本實(shí)用新型設(shè)有換熱器(冷卻分凝層)，一體化設(shè)計(jì)，設(shè)備無(wú)活動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，大大簡(jiǎn)化了制冷系統(tǒng)流程，從而降低了系統(tǒng)投資成本；復(fù)合式分離層的設(shè)計(jì)，回收利用液相制冷劑膨脹降溫產(chǎn)生的冷量進(jìn)一步提純凈化混合工質(zhì)，確保在整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)中進(jìn)入多股流換熱器的混合工質(zhì)幾乎不含潤(rùn)滑油等雜質(zhì)，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也提高了系統(tǒng)效率和能源利用率；均流進(jìn)、排氣設(shè)計(jì)，汽液分離效率高，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號(hào)F25B43/02GK202133203SQ20112020560
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者張鐠, 許功鐸, 郭開(kāi)華, 鹿來(lái)運(yùn) 申請(qǐng)人:中山大學(xué)