CN100528275C - 用于制冷系统的润滑剂蒸馏器和储存器 - Google Patents

Abstract

一种与压缩机一起使用以便分离润滑剂和制冷剂的润滑剂蒸馏器，其包括：容器，其具有用于流入包含油的制冷剂的入口、用于气态制冷剂的出口、和用于包含制冷剂的油的出口。提供分离结构以便用于从该流入的包含油的制冷剂中分离转变的包含油的制冷剂，其中该包含油的制冷剂逐渐变为更靠近该用于包含制冷剂的油的出口的该包含制冷剂的油。使用一加热装置，以便用于加热该流入的包含油的制冷剂以及转变的包含油的制冷剂以便有助于该气态制冷剂和该包含制冷剂的油的形成。

Description

用于制冷系统的润滑剂蒸馏器和储存器

技术领域

本发明涉及在压缩机中润滑剂与制冷剂分离，尤其涉及在润滑剂蒸馏器中润滑剂与制冷剂分离。

背景技术

螺杆式或螺旋式压缩机通常用于空调应用场合，以便在制冷循环的一部分中压缩机制冷剂。螺杆式压缩机包括啮合的螺杆或螺旋转子。尽管两个转子结构是最常用的设计，但是具有三个或多个转子螺杆式压缩机在现有技术中也是已知的，其中转子容纳在相应重叠的缸孔内以便成对彼此共同作用。通常的螺杆式压缩机的转子在每一端部处安装在轴承上，轴承位于入口侧和排出侧的壳体端板中。制冷剂由螺杆转子朝向排出侧压缩并且经端口排出并进入排出管。

在通常的应用场合中，油和制冷剂的互溶液或混合物用于润滑螺杆式压缩机的轴承和转子。当制冷剂流动并压缩时，该润滑剂夹带在制冷剂中。如果该夹带的润滑剂不借助某装置分离且回收，则润滑剂将流经冷凝器和液体管路，并且聚集到蒸发器中，其中与液态制冷剂混合。因此，这使得蒸发器传热有效性降低。还可能形成油泡沫，其被夹带在进入压缩机的吸入流中，这使得压缩机的制冷剂流率下降。甚至更不利的是，最终耗尽用于轴承和转子润滑的润滑剂。

过去，在紧靠压缩机下游处使用油分离器。经过油分离器可分离润滑剂，但是其不能总提供完全满意的结果。例如，由该油分离器除去的润滑剂处于高压，并且较大量的制冷剂混合在油中。这降低了油的粘度，使得其作为轴承润滑剂的有效性降低。使用油分离器还导致在经压缩的制冷剂中的压力降，这不希望出现的。由于作用在其壁上的内压力脉动，油分离器还可能发出噪音。油分离器还使得系统增加了明显的成本，这是因为其具有较大尺寸的压力容器。

润滑剂分离的另一方式是借助与蒸发器相连的浓缩器或蒸馏器，其也称为发生器，例如美国专利6182467B1所示。在该系统中，油和制冷剂混合物的保持在蒸发器中的一部分受迫流入浓缩器，设置该装置用于加热该混合物以便使得一部分液态制冷剂蒸发。由此保留下来的液体包含较高馏分的油。通过适当地选择蒸发的制冷剂的量，可获得用作轴承润滑剂的足够粘度的液体。

参照图3，详细示出了这种现有技术的润滑剂蒸馏器，其中蒸馏器28包括压力密封容器30，其包括用于包含油的制冷剂7的入口32，从蒸发器排出，位于液面线下面，用于气态制冷剂的出口34，油出口36，以便经过分离之后的浓缩后的油流出。蒸馏器/储存器28还包括盘管42，热的制冷剂流经该盘管以便将热量传递给流入的油/制冷剂混合物。盘管42具有用于热的制冷剂的入口38和用于经过传热过程的冷却的制冷剂的出口40。

使用这种蒸馏器以便由通常保持在蒸发器中的带有油的制冷剂混合物形成润滑剂是现有技术，借助蒸馏作用产生的粘度在3-20厘泊(cP)的范围内。然而，对于某些螺杆式压缩机特别是以低速运行的压缩机而言，需要至少50cP的高润滑剂粘度。在常规蒸馏器中获得高润滑剂粘度的方法不是令人满意的。例如，简单地增加提供的热量以便使制冷剂蒸发可能导致稍微较高的润滑剂粘度，但是还可能导致对系统效率的严重影响，这是因为当计算系统效率时必须考虑到所提供的额外热量。而且，在导致来自蒸发器的包含油的制冷剂的流入量突然增加的瞬变操作过程中，常规的蒸馏器在产生足够的润滑剂粘度方面具有缺点。在该瞬变过程中，流入的液体将充满该蒸馏器，与保持在蒸馏器中的液体混合，在一段时间内降低其粘度。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种与压缩机一起使用的改进的润滑剂蒸馏器，以便润滑剂与制冷剂的分离。

本发明的另一目的在于提供一种改进的润滑剂蒸馏器，其形成高粘度的润滑剂并且在导致自蒸发器流入蒸馏器的包含油的制冷剂流增加的瞬变操作过程中保持高粘度。

这些目的以及其它目的在以下描述中更清晰地呈现出来，这些目的借助本发明的与压缩机一起使用以便润滑剂与制冷剂的分离的润滑剂蒸馏器从而实现。该蒸馏器包括：容器，其具有用于流入包含油的制冷剂的入口、用于气态制冷剂的出口、和用于包含制冷剂的油的出口。提供分离结构以便用于从该流入的包含油的制冷剂中分离转变的包含油的制冷剂，其中该包含油的制冷剂逐渐变为更靠近该用于包含制冷剂的油的出口的该包含制冷剂的油。使用一加热装置，以便用于加热该流入的包含油的制冷剂以及转变的包含油的制冷剂以便有助于该气态制冷剂和该包含制冷剂的油的形成。

附图说明

为了完全地理解本发明，参照以下附图来详细描述本发明，在附图中：

图1是制冷系统的示意图；

图2是螺杆式压缩机的简化示意图，其中示出了排出端和与排出管的连接；

图3是现有技术的蒸馏器的简化示意图；

图4是本发明的润滑剂蒸馏器的实施例的简化示意图；

图5是本发明的润滑剂蒸馏器的优选实施例的视图；

图6是图5所示的润滑剂蒸馏器的部件的立体图；

图7是本发明的油蒸馏器的替代实施例的视图；和

图8是图7所示的油蒸馏器的替代实施例的视图。

具体实施方式

以下参照附图详细描述依据本发明，图1示出了制冷系统1，其包括压缩机2。

已知的是，满液式蒸发器3借助管路4将主要为气态的制冷剂输送到压缩机2。气态制冷剂由压缩机2进行压缩，在其流经压缩机2的过程中制冷剂夹带润滑剂，以便用于润滑压缩机2的轴承和转子。从压缩机2，夹带有油的制冷剂流经管路5流向冷凝器6。压缩后的气态制冷剂在冷凝器中被冷却，并且转变成液相，在混合物或互溶液中具有油，同时其在管路11中流经(未示出的)膨胀阀流向蒸发器3。在蒸发器3处，借助在蒸发器中的制冷剂来冷却需被冷却的周围环境。如图所示，通常液态制冷剂7聚集在蒸发器中。由于在压缩过程和相应润滑中夹带有油，因此该制冷剂7通常是包含润滑剂或油的，并且依据本发明的远离，包含油的制冷剂的一部分经管路8传送到润滑剂蒸馏器128，这将在以下详细描述。通过使用(未示出的)油泵将该润滑剂的一部分排出并经管路13输送到压缩机2以便润滑轴承和转子。

参照图2，进一步描述油如何在压缩过程中进入制冷剂的示例。如图2所示，螺杆式压缩机10包括转子壳体12，其包含相互啮合的螺杆转子14、15以及在螺杆转子的吸入侧上的轴承17，还包括制冷剂入口18和排出端口20，还包括排出轴承壳体22，其包含排出侧轴承23和与排出管26连接的排出壳体24。在工作中，假定转子14是驱动转子，转子14旋转以便与另一转子15啮合，这使得它们旋转。旋转的转子14和15的共同作用使得经由吸入口18将制冷剂气体吸入到转子14和15的凹槽中，转子啮合以便限定且压缩气体容积并且将热的经压缩的制冷剂气体输送到排出端口20。此外，并且同时地，润滑剂喷射到螺杆转子中以便有效润滑转子，这是由于油与制冷剂混合。同时，润滑剂还输送到吸入轴承17和排出轴承23。部分或全部的轴承润滑剂还可在内部泄漏并且最终夹带在流过的制冷剂中。热的经压缩的制冷剂与其中的润滑剂移动经过上述的系统1。本发明用于使得润滑剂与制冷剂分离以便用于润滑该压缩机。

尽管所示的本发明用于螺杆式压缩机，但是其还可与其它类型的压缩机一起使用。

如图4所示，并且还参照图1，示出了本发明的润滑剂蒸馏器的一实施例，蒸馏器128包括压力密封容器130，其包括用于包含油的制冷剂7的入口132，从蒸发器排出，位于液面线下面，用于气态制冷剂的出口134，以及用于经过分离之后的高粘度的润滑剂流出的润滑剂出口136。蒸馏器128包括一系列的由隔板140形成的液体储存器138，隔板与压力密封容器130的内壁部分共同地起作用。在该实施例中，用于使得包含油的制冷剂7中的部分液态制冷剂蒸发的热量是由电加热器150提供的，该电加热器紧靠压力密封容器130的下壁151。与本发明的该实施例相兼容的是，用于电加热器的其它布置，包括位于该容器130内的加热器，以及用于提供热量的其它装置，例如设置包含热的液体或气体制冷剂或热水的管道。

借助作用于任何储存器138中的液体的热量而形成的气态制冷剂在该容器130内上升并且最终经排气口134离开，其与蒸发器3或通道4连接(未示出)。经过蒸馏器128的液体流动受到重力G的作用而形成，其中容器130自入口132向下倾斜，如图所示。在图4中，出现从右到左的流动，依次地在每一隔板140的顶部之上且经过每一储存器138从138a到138e持续进行。在序列中最上游的储存器138a与入口132连接并且通常包含高馏分的包含油的制冷剂7。在序列中最下游的储存器138c与润滑剂出口136连接并作为润滑剂储存器。隔板140的结构以及在其顶部T之上形成的流动是本发明的一方面。如图4的标记152所示，由于浮力，富含油的液体或泡沫往往上升到储存器138的顶部，这是因为液体/泡沫152的密度小于在储存器138中的其它液体的密度。这样，富含油的液体和泡沫在储存器中的其它液体之上在储存器138中流过隔板140的顶部T。借助这样的装置，在储存器138中的液体的油浓度随流动过程按储存器138的顺序从138a到138e向下游进行从而增加。借助这样的装置，高粘度的润滑剂在最下游的储存器138e中形成，其作为润滑剂储存器。当经入口132进入最上游储存器138a的包含油的制冷剂的流入量增加时的瞬变操作过程中，流经蒸馏器128的液体流率也增加。然而，由于液体是富含制冷剂的，其密度大于富含油的液体或富含油的泡沫152，这导致更多的富含油的液体或富含油的泡沫152向下游流过隔板140的顶部T，如上所述。这样，即使在这种瞬变过程中，阻止了额外的富含制冷剂的液体向下游前进，并且在最下游的储存器中大致保持了高粘度的润滑剂。

在使制冷剂蒸发以产生高粘度的润滑剂中的附加优点是这样实现的，即通过这样设计该储存器138，使得其自由表面与容积的比率尽可能高，正如已知的，当自由表面与容积的比率增大时，增强了从液态制冷剂和油的混合物或互溶液中蒸发制冷剂的逃逸。这样，在成本效率高的结构的边界内，储存器138的深度(储存器138沿进入图面方向的测量数值)和长度应当相对于其高度最大化。

图5和6示出了本发明的另一优选实施例。参照图5以及图1，与如上所述地相似，蒸馏器228包括压力密封容器230，其包括用于包含油的制冷剂7的入口232，从蒸发器排出，位于液面线下面，用于气态制冷剂的出口234，以及用于经过分离之后的高粘度的润滑剂流出的润滑剂出口236。蒸馏器228包括一系列的由隔板240形成的液体储存器238a-238g。储存器238a-238g以及隔板240优选为由具有高导热性的金属薄板冲压成型，该金属例如钢、铝、或铜，以便由高导热性的材料的单个盘状件242来形成整个系列的储存器238和整个系列的隔板240，该盘状件具有细长的扁平的形状，如图6所示。在该实施例中，用于使得包含油的制冷剂中的部分液态制冷剂蒸发的热量优选为由离开冷凝器的热的制冷剂气体流来提供，或者如图1所示，来自分流39的离开压缩机2的排出管5，以便经图5的入口260进入并作为冷却的制冷剂经出口262离开，从而经历一传热过程。该制冷剂流经由单体部件242和相匹配的底部件244所限定的内通道，这将在下面参照图6详细描述。盘242以图示的一角度固定在容器230中，这可借助常规装置例如钎焊、焊接、栓接、或填隙来实现。

借助作用于任何储存器238中的液体的热量而形成的气态制冷剂在该容器20内上升并且最终经排气口234离开，其与蒸发器3或通道4连接(未示出)。经过蒸馏器228的液体流动受到重力G的作用以及盘242的取向而形成。仍参照图5，出现从右到左的流动，其开始于入口232，流经顺序的储存器238a-238g并流过顺序的隔板240，终止于最下游的储存器238h。在序列中最上游的储存器238a与入口232连接并且通常包含高馏分的包含油的制冷剂7。在序列中最下游的储存器238h与润滑剂出口236连接并作为润滑剂储存器。隔板140的结构使得出现在其：顶部T之上形成的流动。在其它方面中，图5所示的实施例的与形成并保持高粘度的润滑剂相关的方面与上述的图4所示的实施例相同。

参照图6，使用(上述的)高导热性材料的单体件242和单体下件244，以便制成用于热的制冷剂气体流动的压力密封通道，单体件242作为上边界和侧边界的一部分，以便热的制冷剂气体流动，单体下件244优选为由与242相同的高导热性材料的单体薄板冲压成，以便作为下边界和侧边界的一部分。单体件242和单体下件244适合于以压力密封的方式连接在一起以组装242和244，优选为借助钎焊，或者由部件242和244形成一整体部分。

依据本发明的另一实施例，并且参照图7，储存器328包括定位在盘管342中的至少一个平的独立盘344，以便将容器330的腔346分为两个区域A和B，该盘是向下倾斜的以便液体流过其表面。由盘344形成的该分隔借助两个单独的区域A和B从而有效地使得包含油的制冷剂与包含制冷剂的油分离。因此，没有出现包含油的制冷剂与包含制冷剂的油的中间混合，由此避免了现有技术的缺点，其使得这种混合有效地冲淡了分离过程。盘344优选为与盘管342紧密接触，有助于与富含油的制冷剂高效传热，盘具有细长且扁平的形状。扁平的形状起到了使得包含油的制冷剂在薄层上展开的作用，这增强了蒸馏过程以及润滑剂与包含油的制冷剂的分离。因此，位于腔346的上部区的区域A作为蒸馏区，其中富含油的制冷剂大约为90-95％的制冷剂，其从蒸发器以饱和温度和压力进入。热量从盘管中的热的制冷剂传递出来并且使得富含油的制冷剂的制冷剂部分蒸发，并且与包含油的制冷剂分离。分离的制冷剂蒸气经出口334离开。

在区域B中，由带有10-40％的制冷剂的油构成润滑剂积聚在该区域中，以便从盘344向下一定并进入容器330的底部。

作为盘管342的替换，可使用由虚线所示的电加热器348，以便向盘提供所需的热量。

在工作中，作为90-95％的制冷剂的包含油的制冷剂从蒸发器经入口332进入容器330并流到盘344上，并且热的制冷剂离开冷凝器或压缩机排出管从而进入入口338，并且经盘管342循环。从盘管内的热的制冷剂传递出来的热量使得包含油的制冷剂达到饱和温度，并且导致绝大部分的制冷剂蒸发，制冷剂作为气体经出口334朝向倾斜定向的盘而离开，液体沿盘向下流经区域A并且滴入在容器330底部的区域B。由盘管中的制冷剂提供的加热在区域B中持续，而且指向包含制冷剂的油，这使得残留的制冷剂进一步蒸发出来以作为蒸气从容器中经出口334流出，同时油经出口336流出容器330。在盘管中，冷却的制冷剂经出口340离开容器。

现参照图8，其示出了图7的实施例的替代形式。在图8中，使用了两个盘444a和444b，以及相同的盘管142的布置和如上所述的出口和入口。在图8所示的实施例中，在区域A和B中间增加第三区域AB，其用于进一步从包含油的制冷剂中分离制冷剂，以便经出口434离开容器430。区域AB的工作方式与上述的区域A相似，其作为上述的区域A过程的补充步骤。盘444a和444b均向下倾斜，其中盘444a的倾斜度小于盘344并且将液体导向盘444b。盘444b朝向盘444a以相反方向倾斜，以便盘444a的下点450几乎与盘444b的上点垂直重合，但是足够地偏离开，以便使得液体从一个盘流向相邻盘。在区域A和B中的工作以及其它的入口和出口与图7的实施例相同，但除了由于不同盘布置引起的位置不同之外。

尽管本发明参照附图描述了优选实施例，但是应当理解在不脱离由权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可进行等效的变型和替换。

Claims (18)

1.一种与压缩机一起使用以便分离润滑剂和制冷剂的润滑剂蒸馏器，其包括：

容器，所述容器具有用于流入包含润滑剂的制冷剂的入口、用于气态制冷剂的出口、和用于包含制冷剂的润滑剂的出口；

用于从所述流入的包含润滑剂的制冷剂中分离转变的包含润滑剂的制冷剂的装置，其中所述包含润滑剂的制冷剂逐渐变为更靠近所述用于包含制冷剂的润滑剂的出口的所述包含制冷剂的润滑剂，且其中用于分离的所述装置包括盘，所述盘包括多个隔板；和

用于加热所述流入的包含润滑剂的制冷剂以及转变的包含润滑剂的制冷剂以便有助于所述气态制冷剂和所述包含制冷剂的润滑剂的形成的装置。

2.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述隔板将所述包含润滑剂的制冷剂与所述转变的包含润滑剂的制冷剂和所述包含制冷剂的润滑剂分离。

3.如权利要求2所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述隔板横截于所述包含润滑剂的制冷剂和转变的包含润滑剂的制冷剂的流动而延伸。

4.如权利要求3所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述隔板形成多个储存器，所述包含润滑剂的制冷剂可移动经过所述储存器，以便向所述包含制冷剂的润滑剂转变。

5.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，用于加热的所述装置与所述盘成一体。

6.如权利要求5所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，用于加热的所述装置包括带有流经其的热的制冷剂的润滑剂。

7.如权利要求5所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，用于加热的所述装置包括电加热器。

8.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述盘与用于加热的所述装置紧密靠近。

9.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述盘与所述隔板由同一材料部件一体地形成。

10.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述包含润滑剂的制冷剂入口和所述包含制冷剂的润滑剂出口与所述盘连接。

11.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述盘包括高端和低端，其中用于包含制冷剂的润滑剂的所述出口位于所述低端，用于包含润滑剂的制冷剂的所述入口位于所述高端。

12.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述盘包括细长的扁平表面，所述包含油的制冷剂在所述表面上展开以便强化气态制冷剂的形成。

13.如权利要求12所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述容器包括在所述盘下面的下区域，并且所述盘是倾斜的，以便所述包含制冷剂的油向下流向所述下区域。

14.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，至少一个所述隔板与用于加热的所述装置紧密靠近。

15.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，每一所述隔板包含在一平表面中，所述包含润滑剂的制冷剂引导到所述表面上。

16.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述第一和第二隔板均向下倾斜以便向下引流。

17.如权利要求16所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述第一和第二隔板均包括高端和低端，其中第一隔板的低端与第二隔板的高端大致垂直共线，以便有助于从所述第一隔板流向所述第二隔板。

18.如权利要求1所述的润滑剂蒸馏器，其特征在于，所述容器包括三个区域，第一区域在所述第一隔板之上，第二区域在所述第一和第二隔板之间，第三区域在所述第三隔板之下，其中在所述第一和所述第二区域中制冷剂作为蒸气从所述润滑剂中分离，并且在所述第三区域中润滑剂收集并从所述容器中流出。

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