一种新型气液分离器在制冷系统中的应用

潘 勇

（浙江三花制冷集团有限公司，浙江 新昌 312500）

1 润滑油对制冷系统性能的影响

目前，在空调系统中多采用多压缩机并联系统，回油问题一直是制约其发展的关键因素之一。为此我们设计了一款新型的气液分离器，在此之前需要就润滑油对制冷系统的影响进行阐述。

1.1 润滑油对压缩机的影响

润滑油的基本作用是其润滑的作用，以减少运动部件间的摩擦损耗。在压缩机中润滑油具有润滑、冷却和密封的三重功效，是制约压缩机性能的关键因素。

据统计，当压缩机中的含油量小于7%时，随着压缩机含油量的增加其容积效率也逐渐升高。这是因为在压缩机中含油量较少时，油量增加则意味着压缩机密封性的提高，在气阀处的流动阻力增加，实际吸气压力降低，压缩机的吸气比容增加；但是当其含油量大于9.1%时则相反，这是因为此时压缩机中的润滑油占据了一定的容积，其吸气容积减少，摩擦力增加，摩擦损失增加，进而导致容积效率的降低。为此必须保证压缩机中的含油量在7%～9.1%，以使其获得最佳的工作性能[1]。

压缩机内轴功率也跟其内的含油量有关，当含油量低于6%时，压缩机面临着泄露的问题；当含油量大于10.7%时，吸气容积减少，排气流动阻力增大，使得压缩机的功耗增加。对于压缩机来说其功率损失的增加是由于排气流动损失和相对运动部件间摩擦造成的[2]。

1.2 润滑油对管路的影响

在制冷系统中润滑油在管路中有气体变为液体，在制冷系统中的管路中进行循环。润滑油跟制冷剂分离后可以通过加设气液分离器来解决，当二者互溶时需要考虑润滑油在垂直管路中的流动，因为润滑油在向上流动时受重力和粘度的双重影响。在设计管道时就要以润滑油的粘度和管道倾斜角度为依据，确定管径及馆内气体的流速[3]。

2 制冷/制热循环中制冷剂的状态和回油情况

在制冷模式下，制冷剂在压缩机和冷凝器间是高温高压气体，润滑油呈雾状，且大部分跟制冷剂混合在一起，具有较大的流动速度，回油比较顺利。当气体进入冷凝器后，制冷剂和润滑油均被冷凝成液体，二者一起以液体形式进入蒸发器。在蒸发器中制冷剂逐渐蒸发，重新以气体形式存在，润滑油仍然保持其液体，从而实现了气液的分离。在蒸发器的过热区和气液分离器之间，润滑油的流动阻力较小，会发生大量积存。因此在制冷循环中解决这一区域的回油问题是系统正常运行的保证[4-5]。在制热模式下，由于蒸发器过热区和压缩机进口间的管路较短，可以不考虑回油[6]。

3 气液分离器的原理

气液分离器是制冷系统中非常重要的一部分，负责保护压缩机的正常运转。一般情况下，气液分离器安装在蒸发器出口和压缩机的入口处，当蒸发器中的制冷剂没有完全蒸发，就会以液体状态进入压缩机内部，对压缩机产生液击现象，从而引起压缩机的损坏。气液分离装置的作用就是将制冷机气体和制冷剂液体进行分离，使气态制冷剂和润滑油重新返回压缩机。本公司所使用的气液分离器的结构如下如图1所示，其过滤部件上钻了一个小孔，作为回油孔。该回油孔也可以直接钻在U型管上。其分离原理是利用制冷剂气态和液态密度不同，使气液混合状态流体流经进口管进入直径较大的分离器时利用突然扩大通道面积而使其流速降低，同时改变其流动方向，使液滴下沉气体上浮。气体经U形管的进口部位进入，气体流经过滤部件上的回油孔时就会产生一定的负压，吸取部分润滑油，并经过U形管进入压缩机。其具体的路径是：

从蒸发器出来的气液混合态制冷剂由进口管进入分离器内，气态制冷剂进入筒体后气流扩散，由于没有汽化的液态制冷剂本身比气体重，会直接落入筒体底部，汽化的制冷剂则上浮经导气管从出口管进入压缩机内，从而防止了压缩机吸入液态制冷剂造成液击。同时，压缩机的长期运转，其内部会有一定的润滑机油随汽化的制冷剂排出，通过进口管进入筒体内，在压缩机的吸力作用下，这些润滑机油经过滤网的过滤后，经回油孔从出气管进入压缩机内，这样对压缩机又起到润滑保护作用。

气体流经过滤部件产生的负压直接影响系统吸取润滑油的量，当回油孔d、出气管直径D一定时，随着Sn/S0（S0表示U形管原材料内部空间的截面积，Sn表示设定后的U形管内部空间的界面积）值的增加，负压值逐渐减小。当Sn/S0＜50%的时候,系统会有明显噪音，且流体压力降增大，试验结果表明Sn/S0取50%～90%范围是合适的。在实际应用中可根据不同系统回油能力的要求，在50%～90%范围内进行调整以达到最佳状态。故本公司设计的气液分离器只需通过对气管在回油孔处内部空间的有效截面积的设定，就能够得到合适的回油压力，并且零件的通用性较好，能够满足不同规格制冷循环系统的要求。

图1 气液分离器原理结构图

4 结论

气液分离器是制冷系统中非常重要的器件，其性能的优劣直接影响着压缩机的性能。在制冷系统中不仅能够起到气液分离防止压缩机液击的影响，还起到了过滤和回油的作用。本文设计的用于制冷系统的气液分离器大大提高了系统回油的可靠性，延长了制冷系统用储液分离器的使用寿命。

［1］李涛，袁秀玲,等.润滑油对制冷系统的影响[J].制冷与空调，2005，5(4).

［2］杨传波，张薇，李连生,等.制冷系统含油量对制冷压缩机工作性能影响的理论分析和实验研究[J].制冷学报，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］刘益才，秦岚.商用空调多联机系统关键技术发展研究[J].建筑热能通风空调，2004，23(4)：27-29.

［5］招伟.一拖多空调制冷系统的回油及贮油实验研究[J].制冷学报，2002，2：60-63.

［6］张超甫.双压缩机并联多联机回油问题探讨[J].热点关注.