CN109425157A - 分离气液混合物的旋风器和包括该旋风器的制冷剂累积器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分离气液混合物的旋风器和包括该旋风器的制冷剂累积器。在一方面中,提供了一种用于分离气液混合物的旋风器,其特别适用于使用二氧化碳作为制冷剂的车辆空调***中的制冷剂累积器或者具有内部热交换器的累积器,该旋风器包括气液混合物入口和旋风器本体(1),旋风器本体(1)具有入口室(2)、出口室(3)和至少一个固定叶片(22),至少一个固定叶片(22)呈螺旋形状用以确保混合物在旋风器出口室(3)中的旋转,在旋风器中,气液混合物入口(44)布置成与旋风器的轴线大致同轴,并且直接通入旋风器本体的入口室(2)中。本解决方案还提供了包括根据本发明的旋风器的制冷剂累积器和具有一体的内部热交换器的累积器。
Description
技术领域
本发明涉及用于分离气液混合物的旋风器,特别是用于使用二氧化碳(技术等级R744)作为制冷剂的车辆空调***中的制冷剂累积器或者具有内部热交换器的累积器。
背景技术
制冷***和空调***包括制冷剂累积器,在制冷剂累积器中制冷剂的液态组分与制冷剂的气态组分分离,并且气态组分与液态组分一起,将液态油分离。然后累积器向进入制冷回路或空调回路的其他部分的气态制冷剂提供精确计量的油的添加量。制冷剂累积器还可以包括一体的内部热交换器。例如,在US 2015/0345844中描述了这种制冷剂累积器。
在车辆空调***中,经常使用制冷剂R134a或R1234yf。最近提出了二氧化碳(技术等级R744)的使用。液态CO2、气态CO2和少量液态油的混合物进入累积器或者具有内部交换器的累积器,其中,液态组分必须通过旋风分离功能分离,使得只有气态CO2与精确计量的油从累积器或具有内部交换器的累积器排出(US 2009/0044563)。关于R744空调回路的技术要求远高于关于具有目前使用的其他制冷剂的空调回路的技术要求。
在现有的空调***中,制冷剂的液态组分和气态组分的分离通过液态组分的简单沉降或者通过调节压力和温度条件来确保。这些方法不足以分离R744制冷剂。
目前旋风器被认为是最合适用于分配液态CO2、气态CO2和少量液态油的混合物的部件,因为其生产成本相对较低,结构简单,并且可以在可接受的压力损失的情况下工作。
可以获得的是具有径向入口(US2015/0345844)和呈螺旋形状的固定叶片的旋风器,该旋风器确保混合物的旋转以通过离心分离而将混合物分离成各个组分。然而,径向入口结构的旋风器采用入口管向旋风器入口室切向地定向;由于需要连接至其他部件,该管以大致直角弯曲。从生产的角度来看,这种类型的旋风器必须总是由至少两个或三个部件(旋风器本体、一个或两个弯曲管和连接件)组装而成,其中,各个零部件需要通过昂贵的并且复杂的塑料注射成型(例如外部气体注射成型,GAD)的方法接合或制造。此外,在随后的组装操作期间,损坏切向定向的入口管的风险增大。这种类型的旋风器的优点是液态组分的优异的分离和气体的恒定分布。
存在具有轴向或大致轴向的入口的旋风器,但其不包括固定叶片以确保混合物的旋转,并且不能实现组分的充分分离或结构的简单化。在这些旋风器中,混合物旋转是不均匀的、混乱的,并且不能达到输出介质的所需量。
发明内容
本发明的目的是一种用于分离气液混合物的旋风器,特别适用于使用二氧化碳(技术等级R744)作为制冷剂介质的车辆空调***中的制冷剂介质累积器或者具有内部热交换器的累积器,旋风器包括气液混合物入口和旋风器本体,旋风器本体具有入口室、出口室和至少一个固定螺旋叶片,优选地一个固定螺旋叶片,至少一个固定螺旋叶片用以确保混合物在旋风器出口室中的旋转,本发明的目的的实质是气液混合物入口布置成与旋风器的轴线大致同轴并且直接通入旋风器本体的入口室中。
术语“大致同轴”是指与旋风器轴线的偏差在0至25度的范围内。
在来自旋风器叶片的在出口处的介质的流动定向成大致垂直于旋风器轴线并且与旋风器入口室的直径相切,并且优选地叶片在其出口端部处是平坦的。
该旋风器的设计布局——即大致轴向的混合物入口与螺旋叶片的组合——允许例如通过注射成型更容易并且成本更低地生产为单个件。因为没有易于损坏的切向定位的入口管,该旋风器在后续组装操作中更耐用。用轴向的混合物入口代替切向的混合物入口既不会降低分离组分的效率也不妨害已知的具有径向入口的旋风器的其他优点。轴向设计还能够使得用于热传递介质累积器和具有内部热交换器的累积器的旋风器标准化。
螺旋叶片改变混合物流动的方向,使得在叶片的端部处的出口将混合物切向地释放到出口室中,在出口室部分中混合物正在旋转并且开始将液体颗粒与气体分离。
旋风器优选地由塑料制成,更优选地通过注射成型制成。旋风器还可以由金属制成。
本发明的另一目的是旋风器和累积器盖的组件,其中,旋风器在入口室侧同轴地连接至制冷剂累积器的盖或者具有内部热交换器的累积器的盖,并且气液混合物的入口以与盖和旋风器轴线大致同轴的方式穿过盖,并且通入旋风器入口室中。
本发明的目的还在于,使用本发明的旋风器在使用二氧化碳(技术等级R744)的车辆空调***中的制冷剂累积器或具有内部热交换器的累积器中将气态二氧化碳与液态二氧化碳和/或液态油分离。
本发明还包括制冷剂累积器,该制冷剂累积器包括由盖、底部和壳体组成的容器,其中,本发明的旋风器同轴地连接至盖,气液混合物的入口以与盖和旋风器轴线大致同轴的方式穿过盖,并且通入旋风器入口室中,其中,吸入管组件在容器的盖与底部之间穿过以将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出;导流器安置在旋风器出口室的后方,其中,在容器的底部设置有用于使气态制冷剂富含预定量的油的装置,并且其中,用于将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出的吸入管组件包括外部吸入管和内部管,外部吸入管用于将气态制冷剂组分从旋风器和导流器以用管输送的方式输出至用于使气态制冷剂富含油的装置,内部管用于以用管输送的方式使气态制冷剂组分从用于使气态制冷剂富含油的装置穿过盖离开累积器。液态制冷剂组分和油累积在累积器的容器中,其中,油的一部分通过用于使气态制冷剂富含油的装置返回至制冷剂。
在累积器中,来自旋风器的液相的出口通入用于液相累积的累积器容器中,其中,由于由旋风器叶片赋予的旋转,液相分离发生在导流器的与吸入管组件为一体的外部边缘上,其中,通过外部吸入管将气相以用管输送的方式输出以使气相在容器的底部处被添加限定量的油,并且然后通过内部吸入管以用管输送的方式使气相穿过容器的盖输出至空调回路。
本发明还包括具有内部热交换器的累积器,具有内部热交换器的累积器由包括盖、底部和壳体的外部容器和内部容器(罐)组成,其中,盖同轴地连接至本发明的旋风器;气液混合物的入口以与盖和旋风器轴线大致同轴的方式穿过盖并且通入旋风器入口室中,其中,吸入管组件在容器的盖与底部之间穿过以将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出;导流器安置在内部容器中的旋风器出口室的后方,其中,在内部容器的底部处设置有用于使气态制冷剂富含预定量的油的装置,并且其中,热交换器在内部容器的外壁与外部容器的内壁之间布置成例如呈螺旋导向管的形式,并且其中,用于将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出的吸入管组件包括外部吸入管和内部管,外部吸入管用于将气态制冷剂组分从旋风器和导流器以用管输送的方式输出至用于使气态制冷剂富含油的装置,内部管用于以用管输送的方式使气态制冷剂组分从用于使气态制冷剂富含油的装置穿过盖进入到累积器的外部容器中,在外部容器中热量可以在制冷剂介质与来自空调回路的较热部分的介质之间进行交换。液态制冷剂组分和油累积在累积器的内部容器中,其中,油的一部分通过用于使气态制冷剂富含油的装置返回至制冷剂。
在具有内部热交换器的累积器中,来自旋风器的液相的出口通入内部容器(罐)中,内部容器执行用于收集液相的累积器的功能,在内部容器中,液相分离发生在导流器的外部边缘上,并且气相通过吸入管组件用管输出,其中,通过外部吸入管输送气相以使气相在容器的底部处被添加限定量的油,并且然后通过内部吸入管将气相以用管输送的方式输出穿过容器的盖进入位于外部容器中的内部热交换器,将气相以用管输送的方式输出穿过气体过滤器和容器的底部进一步进入空调回路。
附图说明
图1示出了示例1的具有轴向入口和累积器容器的盖的旋风器。
图2示出了示例2的累积器中具有轴向入口的旋风器。
图3示出了示例3的具有内部热交换器的累积器中具有轴向入口的旋风器。
图4示出了与径向入口旋风器相比的示例1的轴向入口旋风器的效率。
具体实施方式
示例1
图1示出了具有轴向入口和累积器的盖110的旋风器,该旋风器用于从入口的液态组分和气态组分的混合物中分离液态组分和气态组分。该旋风器包括:旋风器本体1,旋风器本体1具有呈螺旋形式的一个固定叶片22以引起入口混合物的旋转运动;筒形入口室2;以及出口室3,出口室3从叶片22的出口逐渐变宽。
旋风器配装在热交换介质的累积器的盖110上,并且盖110中的入口孔4大致沿旋风器轴线的方向轴向地通入入口室2中。呈螺旋形式的叶片22改变混合物流动的方向,使得在叶片22的端部处的出口将混合物切向地传递至出口室3,在出口室3部分中混合物已经正在旋转并且开始将液体颗粒与气体分离。
旋风器通常由塑料通过注射成型制成,或者使用不同的材料通过其他方法制成。
示例2
图2示出了如下所述的制冷剂累积器,该制冷剂累积器包括容器,容器包括盖110、底部8和壳体5,其中,盖110同轴地连接至本发明的旋风器。在盖中,具有入口孔4,入口孔4与盖110和旋风器的轴线大致同轴地穿过盖。入口孔4使液体和气体的混合物通过轴向入口44到达旋风器的入口室2。吸入管71、72的组件在容器的盖110与底部8之间穿过以将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出。导流器6位于旋风器出口室3的后方,其中,用于使气态制冷剂富含预先确定量的油的装置位于容器的底部8处(这种装置已例如在US 2015/0345844中公开)。将气态制冷剂组分用管输出的吸入管71、72的组件包括外部吸入管71和内部管72,外部吸入管71用于将气态制冷剂组分从旋风器和导流器6以用管输送的方式输出至用于使气态制冷剂富含油的装置,内部管72用于以用管输送的方式使气态制冷剂组分从用于使气态制冷剂富含油的装置穿过盖110离开累积器。液态制冷剂组分和油累积在累积器的容器中。
在累积器中,来自旋风器的液相的出口通入用于收集液相的累积器的容器中,其中,由于由旋风器叶片22赋予的旋转,液相分离发生在导流器6的与吸入管71、72的组件为一体的外部边缘上,吸入管71、72的组件中通过外部吸入管71将气相用管输出以使气相在容器的底部处被添加限定量的油,并且然后通过内部吸入管72将气相以用管输送的方式输出穿过容器的盖110进而到达空调回路。
示例3
图3示出具有一体的内部热交换器的累积器,该累积器包括外部容器和内部容器54,外部容器包括盖110、底部8和壳体55,其中,盖110同轴地连接至本发明的旋风器。气液混合物通过与盖110和旋风器的轴线大致同轴的孔4穿过盖110并且轴向地进入旋风器本体1的入口室;吸入管71、72的组件穿过容器盖110与底部8之间以将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出;导流器6位于内部容器54中的旋风器出口室的后方。在内部容器54的底部具有用于使气态制冷剂富含预定量的油的装置。在内部容器54的外壁与外部容器的壳体55的内壁之间设置有呈螺旋导向管9形式的热交换器,来自空调回路的较热区域的制冷剂穿过该热交换器。用于将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出的吸入管组件包括外部吸入管71和内部管72,外部管71用于将气态制冷剂组分从旋风器和导流器6以用管输送的方式输出至用于使气态制冷剂富含油的装置,内部管72用于以用管输送的方式使气态制冷剂组分从用于使气态制冷剂富含油的装置穿过盖110输出到累积器外部容器中,并且然后穿过容器的底部8中的出口81,其中,热交换可以发生在制冷剂介质与第二热交换介质之间。液态制冷剂组分和油累积在内部容器54中。
在具有内部热交换器的累积器中,来自旋风器的液相的出口通入内部容器54(罐)中,内部容器54执行用于收集液相的累积器的功能,在内部容器54中,液相分离发生在导流器6的外部边缘上,并且气相通过吸入管71、72的组件以用管输送的方式被输出;其中,由外部吸入管71输送气相以在容器54的底部处使气相被添加限定量的油,并且然后由内部吸入管72将气相以用管输送的方式输出穿过容器的盖110进入位于外部容器中的内部热交换器9,将气相以用管输送的方式输出穿过气体过滤器和容器的底部8进一步进入空调回路。
图4示出了该旋风器的效率保持与径向入口旋风器的效率相当。
Claims (6)
1.一种用于分离气液混合物的旋风器,所述旋风器特别适用于使用二氧化碳作为制冷剂的车辆空调***中的制冷剂累积器或者具有内部热交换器的累积器,所述旋风器包括气液混合物入口和旋风器本体(1),所述旋风器本体(1)具有入口室(2)、出口室(3)和至少一个固定叶片(22),所述至少一个固定叶片(22)呈螺旋形式用以确保所述混合物在所述旋风器出口室(3)中的旋转,其特征在于:所述气液混合物入口(44)布置成与所述旋风器的轴线大致同轴并且直接通入所述旋风器本体的所述入口室(2)中。
2.根据权利要求1所述的旋风器,其特征在于:来自所述旋风器叶片(22)的出口定向成大致垂直于所述旋风器的轴线并且与所述旋风器入口室(2)的直径相切,并且优选地所述叶片(22)在其出口端部处是平坦的。
3.根据权利要求1或2所述的旋风器的用途,所述旋风器在使用二氧化碳作为制冷剂的车辆空调***中的制冷剂累积器或具有内部热交换器的累积器中将气态二氧化碳与液态二氧化碳和/或液态油分离。
4.一种旋风器和累积器的盖(110)的组件,其特征在于:所述旋风器在入口室(2)侧同轴地连接至制冷剂累积器的盖(110)或具有内部热交换器的累积器的盖(110),并且气液混合物的入口(4)以与所述盖和所述旋风器的轴线大致同轴的方式穿过所述盖,并且通入所述旋风器入口室(2)中。
5.一种制冷剂累积器,包括容器,所述容器包括盖(110)、底部(8)和壳体(5),其中,所述盖(110)同轴地连接至根据权利要求1或2所述的旋风器,其中,吸入管(71、72)的组件穿过所述容器的所述盖(110)与所述底部(8)之间以将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出;导流器(6)安置在所述旋风器出口室(3)的后方,其中,在所述容器的所述底部(8)处设置有用于使所述气态制冷剂富含预定量的油的装置,并且其中,用于将所述气态制冷剂组分以用管输送的方式输出的吸入管组件包括外部吸入管(71)和内部管(72),所述外部吸入管(71)用于将所述气态制冷剂组分从所述旋风器和所述导流器(6)以用管输送的方式输出至用于使所述气态制冷剂富含油的装置,所述内部管(72)用于以用管输送的方式使所述气态制冷剂组分从所述用于使所述气态制冷剂富含油的装置穿过所述盖(110)离开所述累积器,其特征在于:所述气液混合物入口(4)以与所述盖(110)和所述旋风器的轴线大致同轴的方式穿过所述盖(110),并且通入所述旋风器的入口室(2)中。
6.一种具有内部热交换器的累积器,所述累积器包括外部容器和内部容器(54),所述外部容器包括盖(110)、底部(8)和壳体(55),其中,所述盖(110)同轴地连接至根据权利要求1或2所述的旋风器,其中,吸入管(71、72)的组件穿过所述容器的所述盖(110)与所述底部(8)之间以将气态制冷剂组分以用管输送的方式输出;导流器(6)安置在所述内部容器(54)中的所述旋风器出口室(3)的后方,其中,在所述内部容器(54)的底部设置有用于使所述气态制冷剂富含预定量的油的装置,并且其中,热交换器(9)布置在所述内部容器(54)的外壁与所述外部容器的内壁之间,并且其中,用于将所述气态制冷剂组分用管输出的吸入管组件包括外部吸入管(71)和内部管(72),所述外部吸入管(71)用于将所述气态制冷剂组分从所述旋风器和所述导流器(6)以用管输送的方式输出至所述用于使所述气态制冷剂富含油的装置,所述内部管(72)用于以用管输送的方式使所述气态制冷剂组分从所述用于使所述气态制冷剂富含油的装置穿过所述盖(110)输入到所述累积器的所述外部容器中,其特征在于:所述气液混合物入口(4)以与所述盖(110)和所述旋风器的轴线大致同轴的方式穿过所述盖(110),并且通入所述旋风器入口室(2)中。
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