本发明涉及热泵系统技术领域，公开了一种气液分离器及热泵系统。
背景技术：
目前，热泵系统在家电等领域具有广泛的应用，现有的采用热泵系统制造的热水器及空调系统中，普遍在热泵系统的压缩机与换热器间中安装一气液分离器，以提高热泵系统的正常运行。
在现有空调和热泵的气液分离器设计中,如图1所示，含有油液(润滑油、液态制冷剂混合物)的气态制冷剂从进气管进入罐体后，气体与液体发生分离，气体从出气管回到压缩机，分离出来的润滑油和制冷剂液体则沉积在罐体底部，当液位达到回液孔进入出气管的u型管中，随气流一起被带回压缩机。为防止进气管带油(带液)较多时导致罐体内液位较高而造成回液不及时，一般从下至上设计多个回液孔。为防止回液造成压缩机液击，每个回液孔的直径均较小，这样就造成这些回液孔很容易被堵塞而无法正常回液，从而引起压缩机缺油导致故障甚至烧毁。另外，当气液分离器中分离出来的油和制冷剂混合液体较多时，最高液位可以达到最上部回液孔的位置，气液分离器中液位过高而积存制冷剂和油，容易导致热泵制冷系统缺少制冷剂和润滑油，造成制冷系统因缺少制冷剂而性能下降及因缺油导致压缩机故障。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，提供了一种气液分离器，应用于热泵系统，气液分离器的流量调节装置可根据罐体内的油液液面的高低调节回液通道截面张开度，从而调节回液速度，本发明解决了现有的气液分离器积存制冷剂和油，造成制冷系统因缺少制冷剂而性能下降的问题，同时也避免了回液通道堵塞而无法正常回液，压缩机因缺油产生故障甚至烧毁的问题。
本申请的一些实施例中，气液分离器包括罐体和连通于罐体内腔的进气管，气液混合体通过进气管入到罐体内，罐体内部空间还连通出气管和回液管，用于将在罐体内分离的气体和液体分别排出罐体，
在回液管位置设置有流量调节装置，可根据罐体内液位的高低，来调节回液流量的大小。
本申请的一些实施例中，流量调节装置包括浮球阀和滑动限位杆，滑动限位杆一端固定连接于设置于罐体内安装部，通过安装部固定于罐体内腔，浮球阀阀芯位置开设有通孔，浮球阀通过通孔可滑动地套设在滑动限位杆上。
本申请的一些实施例中，滑动限位杆与连通于罐体底部的回液管通径口的中心轴线位置重合。
本申请的一些实施例中，浮球阀包括浮球和固定连接于浮球底部的活塞，活塞与回液管通径口位置对应，通过浮球带动活塞沿滑动限位杆轴向移动以控制活塞与通径口的相对位置，进而控制回液管与罐体内腔的连通或封闭状态。
本申请的一些实施例中，活塞设置为倒锥体，且该倒锥体的形状具体设置为：至少存在一个横截面能够完全占据回液管通径口横截面的全部面积。
本申请的一些实施例中，当油液浸没浮球直径长度的十分之一时，此时油液对浮球产生的浮力等于浮球和活塞受到的重力之和，即，(m+m)g＝ρgv；其中，m为浮球的质量，m为活塞的质量，g为重力加速度，ρ为油液的密度，v为当油液浸没浮球直径长度的十分之一时，浮球和活塞的排液量。
本申请的一些实施例中，安装部设置为安装架，安装架一端固定连接于罐体内侧壁上，且另一端与滑动限位杆固定。
本申请的一些实施例中，流量调节装置还包括阻尼装置，阻尼装置用于防止进入罐体内的油液量和制冷剂液量在短时间内剧烈变化引起浮球的上下剧烈晃动，造成进入到回液管通径口内的油液流动不连续，降低流量调节装置的调节效果。
本申请的一些实施例中，活塞与回液管通径口的连接关系包括连通、半连通或封闭三种状态；
当罐体内部没有含油液体(即润滑油与制冷剂液体混合物)或罐体内的液体高度不超过浮球直径长度的十分之一时，活塞将回液管通径口完全封闭，此时活塞与回液管通径口的连接关系为封闭状态，回液管通径口横截面张开度为0％；
在封闭状态的基础上，当罐体内部的含油液体高度高于浮球直径长度的十分之一且低于浮球直径长度的十分之一和活塞的高度之和时，浮球受到油液的浮力作用，且沿滑动限位杆轴向随着油液的液面的实时高度发生变化，活塞在浮球的带动下由回液管通径口位置脱离，此时活塞与回液管通径口的连接关系为半连通状态，回液管通径口横截面张开度为：大于0％且小于100％；
当罐体内部的含油液体高度大于或等于浮球直径长度的十分之一和活塞的高度之和时，活塞由回液管通径口位置完全脱离，此时活塞与回液管通径口的连接关系为连通状态，回液管通径口横截面张开度为100％。
本申请的一些实施例中，还公开了一种热泵系统，包括压缩机，压缩机通过四通阀依次串联连接有冷凝器、膨胀阀和蒸发器，四通阀设有四个接口，分别与压缩机、冷凝器、蒸发器、气液分离器相连，以控制冷媒的流向、流速。
本申请的一些实施例中，压缩机与四通阀之间还设置有气液分离器，进气管连通于四通阀，出气管连通于压缩机的吸气口，回液管连通于气液分离器与压缩机之间的出气管，通过出气管与压缩机的吸气口相连通。
本申请公开了一种气液分离器，应用于热泵系统，气液分离器通过浮球阀调节回液通道截面积从而调节回液速度，和现有技术相比，本发明一种气液分离器的有益效果是：回液管的内截面积(对应回液管内径)为现有同冷量热泵产品气液分离器中所有回液孔流通截面积的总和，因此大幅增加了回液的流通面积，从而避免了回液孔的堵塞问题，且回液流通截面积可以从0到100％之间变化，增加回液管流路对油液量的适应度。当气液分离器中分离出来的油和制冷剂混合液体较多时，液位升高，浮球阀上移，回液的流通面积增大，流量增大，阻止液位继续上升，当气液分离器中分离出来的油和制冷剂混合液体达到可能的最大值时，浮球阀完全悬起，回液流通截面积达到100％，回液管的流量也达到了它的最大值，此时气液分离器的液位也达到了最大值，即气液分离器的液位在最大系统回液的情况下，最高液位只能达到悬起的倒锥体下端与回液管进口平齐，液位浸没球体的十分之一直径的位置，该液位与现有技术的最高液位相比要低的多，气液分离器中积存的制冷剂和润滑油的量比现有技术要少的多，不会导致热泵制冷系统缺少制冷剂和润滑油，不会造成制冷系统因缺少制冷剂而性能下降及因缺油导致故障。
附图说明
图1是现有技术中常用的气液分离装置的结构示意图；
图2是本发明的实施例中气液分离装置整体结构示意图；
图3是本发明的实施例中图2所示气液分离装置a处流量调节装置结构放大图；
图4是本发明的实施例中浮球阀整体结构示意图之一；
图5是本发明的实施例中浮球阀整体结构示意图之一(沿倒锥体向浮球方向的俯视图)；
图6是本发明的实施例中浮球阀整体结构剖视图；
图7是本发明的实施例中封闭状态下，浮球阀与回液管通径口的位置关系示意图；
图8是本发明的实施例中半连通状态下，浮球阀与回液管通径口的位置关系示意图；
图9是本发明的实施例中连通状态下，浮球阀与回液管通径口的位置关系示意图；
图10是本发明的实施例中，热泵系统连接示意图。
附图标记：
包括：1、进气管；2、罐体；3、出气管；4、回油孔；5、安装架；6、滑动限位杆；7、浮球阀；8、回液管；9、浮球；10、活塞；11、通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请中，如图10所示，热泵系统主要包括：压缩机，压缩机通过四通阀依次串联连接有冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
热泵系统通过使用压缩机、换热器等来执行热泵系统的制冷/热循环，制冷/热循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发。
冷凝器或蒸发器，包括室内换热器和室外换热器，当室内换热器用作冷凝器时，冷凝器用作制热模式的空气加热器，当室内换热器用作蒸发器时，蒸发器用作制冷模式的空气冷却器。
低温低压状态的制冷剂气体进入压缩机后经压缩机压缩形成高温高压状态的制冷剂气体并排出压缩机，所排出的高温高压的制冷剂气体流入冷凝器，热量通过冷凝过程释放到周围环境，制冷剂冷凝成液相。
冷凝器与蒸发器之间设置有膨胀阀，膨胀阀使在冷凝器中冷凝的高温高压状态的液相制冷剂膨胀为低温低压状态的气液两相制冷剂，然后进入蒸发器，液体制冷剂蒸发成为制冷剂气体(该气体中含有润滑油和少量未蒸发的制冷剂液体)，然后经四通阀、气液分离器返回到压缩机，蒸发器可以通过利用制冷剂的蒸发的潜热与待冷却的空气等进行热交换来实现制冷效果，在整个循环中，热泵系统可以调节室内空间的温度。
四通阀设有四个接口，分别与压缩机、冷凝器、蒸发器、气液分离器相连，以控制冷媒的流向、流速。
压缩机与四通阀之间设有气液分离器，以将流入气液分离器的气态制冷剂、液态制冷剂和润滑油进行气液分离，避免液态制冷剂和润滑油直接进入压缩机中、造成液击损坏压缩机及压缩机因液态制冷剂进入压缩机过多造成跑油、缺油进而压缩机烧毁等情况的发生。
气液分离器用于将罐体内分离的气体和液体分别排出罐体，且控制排出液体的速度适当。
本实施例中，以室内换热器制冷运行举例说明，即，室内换热器用作蒸发器，室外换热器用作冷凝器，从压缩机排出的高温高压气态制冷剂经四通阀进入冷凝器，并在冷凝器中放热冷凝，输出的高压液态冷媒进入膨胀阀节流，变为低温低压的气液两相冷媒，气液两相冷媒进入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发为低压气体后，经四通阀进入气液分离器，被气液分离器分离为气态制冷剂和液态制冷剂、压缩机润滑油液的混合液体(下文用油液来表示该液态混合液体)，气态冷媒在气液分离器的上部，油液在气液分离器的下部，气液分离器中的油液经由回液管进入气液分离器与压缩机之间的出气管，然后进入压缩机吸气口，从而进入压缩机。由此，完成一个完整的制冷循环。
需要说明的是，室内换热器制热运行时，整个热泵系统为上述室内换热器制冷运行实施例的逆过程。
在现有热泵系统的气液分离器设计中,如图1所示，含有油液(润滑油、液态制冷剂混合物)的气态制冷剂从进气管1进入罐体2后，气体和液体发生分离，气体从出气管3回到压缩机，分离出来的油液则沉积在罐体2底部，当液位达到回油孔4进入出气管3的u型管中，随气流一起被带回压缩机。为防止进气管1带液较多时导致罐体2内液位较高而造成回油不及时，一般从下至上设计多个回油孔4。为防止回液造成压缩机液击，每个回油孔4的直径均较小，这样就造成这些回油孔4很容易被杂质堵塞而无法正常回油，从而引起压缩机缺油导致故障甚至烧毁。另外，当气液分离器中分离出来的油和制冷剂混合液体较多时，最高液位可以达到最上部回油孔4的位置，气液分离器中液位过高而积存制冷剂和油，容易导致热泵制冷系统缺少制冷剂和压缩机缺少润滑油，造成制冷系统因缺少制冷剂而性能下降及压缩机因缺油导致故障。
为解决上述气液分离器所存在的问题，本发明的一种气液分离器如图2所示，气液分离器包括：罐体2和连通于罐体2内腔的进气管，气液混合体通过进气管1进入到罐体2内，罐体2内部空间还连通出气管3和回液管8，用于将罐体2内分离的气体和液体分别排出罐体2。
如图10所示，本发明的一种气液分离器在热泵系统中与其它结构部件的连接关系为：进气管1连通于四通阀，出气管3连通于压缩机的吸气口，回液管8连通于气液分离器与压缩机之间的出气管3，通过出气管3与压缩机的吸气口相连通。
在回液管8与罐体2连通的通径口位置设置有流量调节装置，流量调节装置可根据罐体2内液位的高低，来调节回液流量的大小。
本发明的一种实施方式，如图2和图3所示，流量调节装置包括浮球阀7和滑动限位杆6，滑动限位杆6一端固定连接于设置于罐体2内的安装部，本发明的一种具体实施例，安装部设置为安装架5，一端固定连接于罐体2内侧壁上，且另一端与滑动限位杆6固定。
滑动限位杆6通过通过安装部固定于罐体2内腔，且滑动限位杆6与连通于罐体2底部的回液管通径口的中心轴线位置重合，浮球阀7阀芯位置开设有通孔11，浮球阀7通过通孔11可滑动地套设在滑动限位杆6上。
如图4、图5和图6所示，浮球阀7包括浮球9和固定连接于浮球9底部的活塞10，活塞10设置为倒锥体，且该倒锥体的形状具体设置为：至少存在一个横截面能够完全占据回液管通径口横截面的全部面积。
活塞10与回液管通径口位置对应，通过浮球9带动活塞10沿滑动限位杆6轴向移动，以控制活塞10与通径口的相对位置，进而控制回液管8与罐体2内腔的连通或封闭状态。
需要说明的是，活塞10与通径口的相对位置具体为：倒锥体外表面与回液管8管径内表面之间形成的开放空间，其大小决定回液流通截面积大小，可从0到100％之间变化，其中，100％为回液管通径口横截面的全部面积。
本发明的一种实施方式，回液管通径口横截面的全部面积(对应回液管8内径面积，即回液流通截面积)为现有技术中同冷量热泵系统应用的气液分离器中所有回油孔4流通截面积的总和，
气液分离器通过浮球阀7调节回液通道截面积从而调节回液速度，用于解决现有气液分离器回液孔易堵塞，且气液分离器内容易积存较高液位的制冷剂和润滑油混合物回液速度不可调节的问题,由于本发明回液流通截面积是可调节的，故能够保证热泵系统在各种工况下，气液分离器中分离出来的润滑油都能够较快地回到压缩机，气液分离器中分离出来的制冷剂也能够较快地回到制冷系统，且回液量不发生液击，从而保证了压缩机的正常运行。
本发明气液分离器的流量调节原理在于：
热泵系统在一般运行工况下，制冷系统回液量较少，携带油液的制冷剂气体从进气管1进入气液分离器的罐体2，由于惯性、碰撞等作用，油液从气流中发生分离，气体经出气管3流出，进入压缩机吸气口。分离出来的油液，进入罐体2底部，混合液体将浮球阀7沿滑杆浮起，制冷系统回液量越多，浮球阀7浮起越高，倒锥体与回液管8内表面之间的回油流通截面积也越大，使得油液混合液体经回液管8能够及时回到压缩机，保证压缩机不缺油正常运行。另外，在有杂质堵塞倒锥体与回液管8内表面之间的间隙时，罐体2内的液位会逐渐升高，该间隙会变大，油和液会继续流通，流体能够将附着的杂质冲掉，恢复未堵塞状态，这样就防止了因回油截面积堵塞而造成的压缩机缺油烧毁等问题。
热泵系统在结霜、除霜等恶劣运行工况下，制冷系统回液量较多，分离出来的油和液态制冷剂混合液体也较多，浮球阀7浮起位置较高，在最大制冷系统回液量的情况下，倒锥体与回液管8内表面之间的回油通径口横截面面积达到到100％，此时悬起的倒锥体下端与回液管8进口平齐，浮球阀7完全悬起，流通面积达到回液管8通径口横截面的全部面积，该回油流通径口横截面面积能够满足最大制冷系统回液量情况下的流量要求，故气液分离器内此时的液位即可能出现的最高液位，该液位情况下，气液分离器内只积存了少量润滑油和制冷剂的混合物，不会造成压缩机缺油而出现故障和制冷系统缺制冷剂而性能下降。
由于回油流通截面积是可调节的，故能够保证各种工况下，气液分离器中分离出来的油液都能够较快地回到压缩机，气液分离器中分离出来的制冷剂也能够较快地回到制冷系统。
同时，由于回液管8的内截面积(对应回液管8内径)为现有技术中同冷量热泵产品气液分离器中所有回油孔4流通截面积的总和，因此，同现有技术一样，在任何工况下，本发明均能够保证进入压缩机的回液量不发生液击，从而保证了压缩机的正常运行。
本发明的一种具体实施例，流量调节装置还包括阻尼装置(未在图中标出)。
需要说明的是，阻尼装置用于防止进入罐体2内的油液量在短时间内剧烈变化引起浮球9的上下剧烈晃动，造成进入到回液管通径口内的油液流量忽高忽低不连续，降低流量调节装置的调节效果。
本发明的一种具体实施例，如图2-9所示，浮球9大小和整个浮球阀7的质量被配置为：当油液浸没浮球9直径长度的十分之一时，此时油液对浮球9产生的浮力等于浮球9和活塞10受到的重力之和，即，(m+m)g＝ρgv；
其中，m为浮球9的质量，m为活塞10的质量，g为重力加速度，ρ为油液的密度，v为当油液浸没浮球9直径长度的十分之一时，浮球9和活塞10的排液量。
需要说明的是，当罐体2内的油液高度刚好达到浮球9直径长度的十分之一时，浮球阀7的重力与受到油液对其的浮力二力平衡，随着罐体2内油液的增加，浮球阀7沿滑动限位杆6轴向随着油液的液面高度的增加而上升，活塞10由回液管通径口位置脱离，回液管通径口随着活塞的脱离逐渐张开，直到活塞10底部与回液管通径口平面平齐，回液管通径口的张开度达到最大，为回液管通径口横截面的全部面积。
基于上述实施例，活塞10与回液管通径口的连接关系包括连通、半连通或封闭三种状态(图中，l为浮球9球体的直径长度)；
如图7所示(图中，l为浮球9球体的直径长度)，当罐体2内部没有油液或罐体2内的油液高度不超过浮球9直径长度的十分之一时，活塞10将回液管通径口完全封闭，此时活塞10与回液管通径口的连接关系为封闭状态，回液管通径口横截面张开度为0％；
如图8所示(图中，l为浮球9球体的直径长度)，在封闭状态的基础上，当罐体2内部的油液高度高于浮球9直径长度的十分之一且低于浮球9直径长度的十分之一和活塞10的高度之和时，浮球9受到油液的浮力作用，且沿滑动限位杆6轴向随着油液的液面的实时高度发生变化，活塞10在浮球9的带动下由回液管通径口位置脱离，此时活塞10与回液管通径口的连接关系为半连通状态，回液管通径口横截面张开度为：大于0％且小于100％；
如图9所示(图中，l为浮球9球体的直径长度)，当罐体2内部的油液高度大于或等于浮球9直径长度的十分之一和活塞10的高度之和时，活塞10由回液管通径口位置完全脱离，此时活塞10与回液管通径口的连接关系为连通状态，回液管通径口横截面张开度为100％。
本发明用于解决现有气液分离器回油孔易堵塞、气液分离器内容易积存较高液位的制冷剂和润滑油混合物及回油速度不可调节的问题。通过浮球阀调节回油通道截面积从而调节回油速度，本技术方案一方面避免气液分离器积存制冷剂和油，造成制冷系统因缺少制冷剂而性能下降的问题及压缩机因缺油产生故障的问题，同时也避免了回油通道堵塞而无法正常回油，压缩机因缺油产生故障甚至烧毁的问题。
气液分离器的液位在最大系统回液的情况下，最高液位只能达到悬起的倒锥体下端与回液管8进口平齐位置，该液位与现有技术的最高液位相比要低的多，气液分离器中积存的制冷剂和润滑油的量比现有技术要少的多，不会导致热泵制冷系统缺少制冷剂和压缩机缺少润滑油，不会造成制冷系统因缺少制冷剂而性能下降及压缩机因缺油导致故障
由于回油流通截面积是可调节的，故能够保证各种工况下，气液分离器中分离出来的油液都能够较快地回到压缩机，气液分离器中分离出来的液态制冷剂也能够较快地回到制冷系统，且回油量、回液量不发生液击，从而保证了压缩机的正常运行。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种气液分离器，包括：罐体和连通于罐体内腔的进气管，气液混合体通过所述进气管进入到所述罐体内，所述罐体内腔还连通出气管和回液管，用于将所述罐体内分离的气体和液体分别排出所述罐体；
其特征在于，在所述回液管与所述罐体连通的通径口位置设置有流量调节装置，所述流量调节装置可根据罐体内液位的高低，来调节回液流量的大小。
2.如权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述流量调节装置包括：
滑动限位杆，所述滑动限位杆一端连接设置于所述罐体内安装部，所述滑动限位杆通过安装部固定于所述罐体内腔；
浮球阀，所述浮球阀的阀芯位置开设有通孔，所述浮球阀通过所述通孔可滑动地套设在所述滑动限位杆上，所述浮球阀通过沿所述滑动限位杆轴向运动以控制所述回液管通径口与所述罐体内腔的连接关系。
3.如权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述滑动限位杆与连通于所述罐体底部的所述回液管通径口的中心轴线位置重合。
4.如权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述浮球阀包括浮球和固定连接于浮球底部的活塞，所述活塞与所述回液管通径口位置对应，通过所述浮球带动所述活塞沿所述滑动限位杆轴向移动，以控制所述活塞与所述通径口的相对位置，进而控制所述回液管与所述罐体内腔的连通或封闭状态。
5.如权利要求4所述的气液分离器，其特征在于，所述活塞设置为倒锥体，且所述倒锥体的形状具体设置为：至少存在一个横截面能够完全占据所述回液管通径口横截面的全部面积。
6.如权利要求4所述的气液分离器，其特征在于，当油液浸没浮球直径长度的十分之一时，此时油液对所述浮球产生的浮力等于所述浮球和所述活塞受到的重力之和，即，(m+m)g＝ρgv；
其中，m为所述浮球的质量，m为所述活塞的质量，g为重力加速度，ρ为油液的密度，v为当油液浸没浮球直径长度的十分之一时，所述浮球和活塞的排液量。
7.如权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述安装部设置为安装架，所述安装架固定连接于所述罐体内侧壁上。
8.如权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述流量调节装置还包括阻尼装置。
9.一种热泵系统，包括压缩机，所述压缩机通过四通阀依次串联连接有冷凝器、膨胀阀和蒸发器；
其特征在于，所述压缩机与所述四通阀之间还设置有如权利要求1-8任一项所述的气液分离器；
所述进气管连通于所述四通阀，所述出气管连通于所述压缩机的吸气口，所述回液管连通于所述气液分离器与所述压缩机之间的所述出气管，通过所述出气管与所述压缩机的吸气口相连通。
技术总结