CN101326411A - 油管理系统 - Google Patents

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CN101326411A CNA2006800463717A CN200680046371A CN101326411A CN 101326411 A CN101326411 A CN 101326411A CN A2006800463717 A CNA2006800463717 A CN A2006800463717A CN 200680046371 A CN200680046371 A CN 200680046371A CN 101326411 A CN101326411 A CN 101326411A
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伊斯托凡·科诺
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Abstract

用于油管理的方法和系统，其中公共压力罩(4)包括用于处理离开压缩机的油和制冷剂的混合物并且将油返回到压缩机的所有油管理功能。压力罩(14)可以至少包括与油管理相关的以下部件：油分离器(12)、油冷却器(22)、混合阀(56)、油过滤器(24)，油从油分离器(12)流向油池(42)，油冷却器(22)连接到油池，来自油冷却器的油在混合阀(56)中与来自油池的油混合以达到最佳油温，油过滤器(24)用于过滤混合的油，混合的油从油过滤器返回到压缩机，其中至少所提到的部件能够在实质上等于压缩机的排放口压力的压力水平下操作。

Description

油管理系统
技术领域
本发明涉及用于油管理、主要涉及冷却系统的方法和系统，其中压缩装置具有连接到油分离装置的制冷剂排放口，油被从油分离装置引导回到压缩装置。
背景技术
US 5347821描述了与冷却系统一起使用的用于监控油排放损失的方法和设备。冷却系统具有用于压缩制冷气体的压缩机，用于将压缩的制冷剂从润滑油分离的油/气分离器，用于冷凝压缩的制冷气体的冷凝器，用于冷却从制冷剂分离的油的油冷却器，均有已知且不同的热传导系数的制冷剂和油，以及用于将冷却的油注入压缩机中的注入系统。
WO 03/027586A1涉及一种用于从气体中净化出液体的液体净化器，其中液体净化器具有用于气体和净化液体的流动的常开通道，此通道连接到回送管，其中流动是可控的，以及其中回送管可以引导气体和净化液体回到闭合环路中的例如冷却压缩机或贮液器。本发明基于此观点，即通过从可产生净化液体的加压容器的底部建立弱流体流动，有可能引导该液体以如下方式通过负荷压力的阀门活塞中的狭窄通道流动，这种方式使得在仅有气体时，可产生贯通流，而不对阀门活塞的位置产生明显的影响，同时由于液体的密度和粘性较高，使得当流动中出现液体时，就会建立对阀门活塞的增加的压力，借此活塞被压力负荷推回，并因此为供给流体打开宽的回送管，使得其返回到其应用区域。
EP 1434022A2描述了一种热交换器，其包括加长的外壳、一组放置在外壳中用于传送冷却介质通过其中的平行管，在所述管上布置一组冷却板用于冷却将要在外壳中冷却的介质，其中外壳具有圆形的横截面，其中冷却板在其平面中具有由几个板部分组成的几何结构，特别地，板部分具有单独可区分的几何结构。冷却板优选具有由几个矩形板部分组成的几何结构，矩形板部分来源于相同的材料网并临近彼此放置。
发明目的
本发明的目的是提供用于油管理的方法和系统，其中公共压力罩(common pressure shield)包括用于处理离开压缩机的油和制冷剂的混合物并且将油返回到压缩机的所有油管理功能。本发明的进一步的目的是实现有效的液体分离以及返回处于最佳清洁和温度条件下的油。
发明内容
本发明的目的能够在其中压缩机排放口可与至少一个压力罩协同操作的系统中实现，其中压力罩至少可包括与油管理有关的以下部件：油分离器、油冷却器、混合阀以及油过滤器，油从油分离器流向油池，油冷却器连接到油池，来自油冷却器的油在混合阀中与来自油池的油混合以达到最佳油温，油过滤器用于过滤混合的油，油从油过滤器返回到压缩机，以及其中至少所提到的部件能够在实质上等于压缩机的排放口压力的压力水平下操作。
因为没有或仅有微小的压力差需要克服，因此可以实现，所有的油部件都能够在具有高压水平的环境下操作，从而使得部件的防护罩仅需要非常有限的材料强度。同样从能量的观点出发，非常有效地保持油处于大约相同的压力水平下，使得返回到压缩机的油具有相关于压缩机油进口的足够高的压力水平。油部件在压力罩内的组合减少了对于冷却系统周围的油管理所必需的管的数量。高压管的减少也减少了在任意管道中泄露的风险，其中泄露可以导致油的损失，而且也可以导致制冷剂的损失。
压缩机排放口直接连接到压力罩的内部，压力罩底部形成油池。在制冷剂通过管道离开压力罩之前，油被挤压通过油分离器。从制冷剂分离出来的油向下留到油池。
油冷却器优选形成为纵向的热交换器，其可相对于压力罩的纵轴成第一角度放置。因此，可以实现热交换器的长度增加到大于防护罩长度的长度。热交换器的一端也可能使其进口淹没在油池中，而热交换器的上部部分被放置在压力罩的上部部分。
热交换器相对于压力罩纵轴的第一角度可以是至少八度。因此，可以实现，热交换器能够形成热虹吸管。
热交换器优选包括多个被肋片围绕的纵向管，其中制冷剂能够在管内流动，并且油能够在管外流动，其中热量可从油向制冷剂传递。因此，可以实现非常大的表面用于热量从油向制冷剂的传递。
热交换器可在热交换器罩内部形成，罩在下部部分可具有进口开口，以形成通往在压力罩下部部分形成的油池的通路。用这种方式，可以实现油具有到油池的通路，以及油至少填满热交换器的下部部分。由于压力罩内的压力相对高，该压力迫使油向上通过热交换器，如果从热交换器的顶部，具有朝向低压水平的一个或另一个连接。
纵向通道可以形成在热交换器罩内部，在热交换器的罩和肋片之间。热交换器罩内部的通道对于在罩内部形成向上方向的流动是必需的，仅仅因为热交换器的肋片原本可以阻塞向上方向的流动。通过产生这些通道，可以具有向上的流动，且取决于进口和排放口怎样在热交换器中放置，有可能所有的油必须在沿肋片且垂直于热交换器本身的方向通过热交换器至少一次。
在热交换器和相关罩之间的通道可以部分阻塞以形成至少两部分，其中油被迫在肋片之间流动以便从第一部分流到第二部分。通过阻塞通道之一，使得仅一条通道是打开的，油可被迫沿垂直于热交换器方向的肋片通过几次，这取决于沿热交换器放置的阻塞元件的数目。沿热交换器改变两到四次方向可能是优选的。
热交换器可以形成有单独的部分，其中热交换器罩具有用于冷却介质的进口和出口，冷却介质可用于冷却电子开关，电子开关控制连接到压缩机的发动机。这可导致电子设备物理尺寸的减小，电子设备用于驱动电动机，该电动机驱动压缩机。通过使用动力电子部件的液体冷却，例如IGBT或其它半导体开关，与如果使用空气冷却的情况相比，可以发生具有相对小体积的有效冷却。从电子电路移除的热量可以与用于驱动压缩机的总电力的几个百分比一样高。因此电子电路的冷却需求可以是几千瓦特。
本发明也表示成一种用于主要涉及冷却系统的油管理的方法，其中压缩装置具有连接到油分离装置的制冷剂排放口，油从油分离装置被引导回到压缩装置，压缩装置与至少一个压力罩协同操作，压力罩至少包括与油管理相关的以下操作，将油与制冷剂分离，冷却油，过滤油，以及将油返回到压缩装置，该操作在实质上等于压缩装置的排放口压力的压力水平下执行。
通过这种方法，油可被在压力下管理，当其离开例如压缩机时就具有该压力。用这种方式，用于油管理的所有不同部件被放置在相同的罩内，其意味着不同部件的外罩不需要克服这个高压。离开压缩机的压力水平取决于使用的制冷剂。
油可以在相对于压力罩的纵轴成第一角度放置的纵向热交换器中被冷却。这仅仅是形成热交换器的一种可能的方法。可以使用在油和冷却介质之间具有非常有效的热传导的其它热交换器。纵向热交换器具有优点，即其可能使制冷剂从至少一端获得通往热交换器的通道，且可能从相同的一端并排地放置进口和排放口。用这种方式，来自冷却系统的吸入端的制冷剂可以在油冷却器中使用。制冷剂可直接来自蒸发器，此处制冷剂温度的升高仅限制了将液体制冷剂送至压缩机进口的风险。尤其当压缩机为活塞压缩机时，在压缩机吸入端的液体制冷剂将因为液体制冷剂不能被压缩而破坏压缩机。
热交换器可优选地包括多个由肋片围绕的纵向管，其中制冷剂可在管内流动，其中油可在管外流动，其中热量从油向制冷剂传递。
通过让制冷剂在管内流动，肋片产生有效的冷却，其具有与油接触的非常大的表面。油在肋片之间的流动是非常湍动的，其也将增加从油到制冷剂的热传导。
油可在热交换器罩内流动，罩可在下部部分形成有入口开口，以形成通往在压力罩的下部形成的油池的通道。在热交换器周围形成罩可导致仅特定数量的油被制冷剂冷却，从而使得仅少量的油可在较低温度下被连续地运送回到压缩机。填满油池的大量的油具有升高的温度但不破坏周围环境，且同样地仅有用于压缩机的少量油被油管理系统处理。
油可以在热交换器罩内的纵向通道中，在罩和热交换器的肋片之间流动。因为热交换器的肋片部分地阻塞热交换器的纵向方向中的流动，因此纵向通道简单地增加了罩内的油流动。
油可在通道中流动，在热交换器和相关罩之间的通道被部分阻塞以形成至少两部分，此处油被迫在肋片之间流动，以从第一部分流到第二部分。通过将热交换器分隔成部分，油被迫沿垂直于热交换器方向的肋片循环。这将增加油和制冷剂之间的热传导。
热交换器可形成有单独的部分，以冷却用于冷却电子开关的介质，电子开关控制连接到压缩机的发动机。因此，可以实现相同的制冷剂在加长的通道中继续进入热交换器的额外部分，但是此处热交换器冷却用于冷却电子电路的介质。这将导致非常有效的电子冷却，且不需要大的吹风设备冷却动力电子部件。
附图说明
图1显示根据本发明的制冷系统；
图2显示包括形成为纵向热交换器的油冷却器的压力罩的截面图；
图3显示根据图2中线A-A的截面图；
图4和图5显示根据线D-D的截面图；
图6显示根据线C-C的截面图；以及
图7显示使用制冷剂进行油冷却的冷却系统；
图8显示与图1相同但修改了使用制冷剂进行油冷却的冷却系统。
图1显示了冷却系统2，该系统包括油管理系统4。系统2还包括驱动压缩机6的发动机5，压缩机6连接到吸入线路8，线路8连接到阀门装置7。压缩机6具有排放口10，其被引导入压力罩14。油分离装置12被放置在压力罩14内，油分离装置12包括第一除雾器26，其由多个行进板(travel plate)构成。制冷剂此后通过用于进一步分离油的成角度的除雾器28。线路30通向可以分离更小的油颗粒的精细分离器32。制冷剂通过连接到输出阀35的线路34，离开精细分离器32。精细分离器32具有通过线路37连接到油回流阀46的油出口36。从该油回流阀46，线路48引导油回到压缩机6。压力罩14包括油池42。油冷却器22被浸没在油池中放置。油冷却器具有在油池42中的油吸入线路50，从此处油16在油到达油冷却器22之前被吸入通过第一粗过滤器52，油冷却器22可以是热交换器，其中热的油被介质热交换，介质被从进口38引导进入油冷却器22，且介质通过出口40离开油冷却器。冷却的油通过通往混合阀56的线路54，离开油冷却器22。混合阀56具有也连接到油池42的油入口58。阀门56的出口60包括处于最佳温度的油，且油被引导通过线路60，到达辅助阀62。油从这里被引导到油过滤器24。油过滤器24被连接到辅助阀24，以排空油过滤器24。油过滤器24具有引导到下一个辅助阀66的出口63。线路68从该辅助阀66通向压缩机6。
操作期间，与油16混合的热的制冷剂被引导进入压力罩14。制冷剂被向外挤压，通过包括除雾器装置26、28的油分离器12，以获得尽可能多的包括在制冷剂8中的油16。油16向下滴形成油池42。油16具有几乎与压缩机6的排放口压力相同的压力。从成角度的除雾器28，制冷剂被吸出，通过线路30，此处制冷剂被在下一个精细除雾器32中进一步从其油成分中分离。截获在精细除雾器32中的油被通过线路36传送，经过油回流阀46直接到达压缩机6。在油冷却器22中，来自油池42的油被冷却，并通过线路45回引至混合阀56，此处线路54中相对较冷的油与油池42中的热的油混合。根据油池中的温度，混合阀56打开或关闭线路58的入口，以在线路60中达到最佳温度。用这种方式，被回引至压缩机的油温度可以保持对压缩机最佳的温度水平。独立于压缩机上的荷载，在几乎所有操作情况下，都能够实现最佳温度。
在图2中，油冷却器122形成为纵向热交换器130。热交换器放置成相对于压力罩114的纵轴成第一角度132。热交换器130包括由垂直肋片围绕的纵向管134。热交换器在罩138内部形成，罩138具有油进口的开口140。在罩138内，形成用于油循环的通道144。在压力罩144的下部部分呈现油池142。热交换器130具有加长段150，管134在其中延续，但是此处在段150中另一种冷却介质围绕在管的周围。冷却介质具有进口154和出口156。在热交换器130的下端，通道134终止在室158中。来自冷凝器或接收器的较高geodaetic水平的液体制冷剂被引导进入该室中，且在热交换器130的另一端，出口161连接到冷凝器或接收器。凸缘163在这种构型中是看不见的。由于在热交换器中发生部分蒸发，自循环系统被建立；已知为温差环流系统。另一选择是用水或盐水冷却油，通过力抽取水或盐水进入163，并回到161，空腔158作用为回流室。进一步地显示了连接到油回流线路168的油阀门164。
如图2所示，在本发明的操作期间，油通过开口140，流进热交换器130内的通道144、146、148，其中管134通过冷却介质的循环被冷却。冷却介质可以是水或盐水或制冷剂。在进口中，液体冷却介质可流动，当介质离开热交换器时被部分或全部蒸发。在管134之间放置了肋片，使得油必须在肋片之间循环以便从一个通道144到另外的通道146、148。这些通道144、146、148可被放置，使得热交换器130被罩145、147分隔成部分146、148。油116沿管134向上循环，并从在油到达油出口之前从通道144、146、148改变可能多达10次，油出口连接到油过滤器124。油被从油过滤器124向阀门16输送，以便将冷却的油与热的油混合，以达到适合压缩机的优选温度。当阀门164打开时，存在处于压力水平下的通过油线路168进入压缩机的油连接，该压力水平比排放口压力充分低，该排放口压力会将油吸入压缩机。在附图中进一步显示了制冷剂108的进口160以及制冷剂108的出口162。
图3显示了根据线A-A的图2的截面图。图3显示了成角度的除雾器228，其内部具有管道230，制冷剂在其中从除雾器流出并流到精细除雾器，如图1中32所示。图3进一步显示了冷却介质的进口261和出口263，冷却介质在图2所示的管134中流动，管134显示在进口261和出口263之下。阀门262被显示，该阀门是手动关闭阀门，其将油过滤器224与该系统的所有其它部分隔离开，见图1阀门62。放置另一个阀门266，用于关闭油过滤器的出口，见图1阀门66。阀门264也被显示，该阀门264是油混合阀门，此处冷却的油与热的油混合，以达到适合压缩机的最佳油温。
图4显示了图3在线B-B处的截面图。图4显示了断流阀262、断流阀266和混合阀264。引导离开截止阀266，管道268的起点被显示，该管道是将净化和调温的油引导回到压缩机的油管。
图5显示了图3在线D-D处的截面图。图5显示了管238，其包括冷却介质的管234。此外还显示了罩245，该罩245罩住了纵向通过热交换器流动的大部分油。仅在通道244处具有开口，此处油可以从加热器的一部分通往另一部分。
此外，图6显示了管238和内部管234，此处通道246打开以供油循环。
图7显示了与图1相同但修改了使用制冷剂进行油冷却的冷却系统。下面仅描述了与图1的不同处：
高压水平的液体制冷剂在管中朝向膨胀阀70输送。膨胀的制冷剂在管72中流向热交换器22的进口。在热交换器22中，制冷剂通过冷却油被蒸发。部分或全部蒸发的制冷剂通过管76离开热交换器，管76连接到压缩机，优选到达与接近排放口压力的压力相应的端口。膨胀阀的开口度由连接到管76的温度测量装置74控制，管76包含离开热交换器的制冷剂。
图8显示了与图1相同但修改了使用制冷剂进行油冷却的冷却系统。下面仅描述了与图1的不同处：
高压水平的液体制冷剂在管中朝向膨胀阀70输送。膨胀的制冷剂在管72中流向热交换器22的进口。在热交换器22中，制冷剂通过冷却油被蒸发。部分或全部蒸发的制冷剂通过管76离开热交换器，管76连接到压缩机6，优选到达与接近排放口压力的压力相应的端口。膨胀阀70的开口度由连接到油管54的温度测量装置75控制，油管54从热交换器22离开。这种结构设置排除了对于混合阀56的需要(图1和图7)。

Claims (11)

1.一种油管理系统(2)，其主要涉及一种冷却系统(4、104)，包括至少一个压缩机(6)，所述压缩机(6)包括制冷剂(8)进口，所述压缩机具有连接到油分离装置(12、26、28、32、112)的制冷剂(8)排放口(10)，油(16)被从所述油分离装置(12、26、28、32、112)引导回到所述压缩机(6)，其特征在于：
所述压缩机排放口(10)与压力罩(14)协同操作，所述压力罩(14)至少包括与油管理相关的以下部件：油分离器(12、26、28、32、112)、油冷却器(22)、混合阀、油过滤器(24)，油(16)从所述油分离器(12、26、28、32、112)流向油池(42)；所述油冷却器(22)连接到所述油池(42)；来自所述油冷却器(22)的油与来自所述油池(42)的油在所述混合阀中混合，以达到最佳油温；所述油过滤器(24)用于过滤混合的油，其中油(16)从所述油过滤器(24)返回到所述压缩机(6)，其中至少所提到的部件(12、26、28、32、112、22、24)在实质上等于所述压缩机(6)的所述排放口压力的压力水平下操作。
2.如权利要求1所述的油管理系统，其特征在于：所述油冷却器(122)形成为相对于所述压力罩(114)的纵轴成第一角度(132)的纵向热交换器(130)。
3.如权利要求2所述的油管理系统，其特征在于：所述热交换器(130)的相对于所述压力罩的所述纵轴的所述第一角度(132)至少是八度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的油管理系统，其特征在于：所述热交换器(130)包括由肋片(136)围绕的多个纵向管(134)，其中第一冷却介质在所述管(134)内流动，其中油(116)在管(134)外流动，其中热从油(16)向所述第一冷却介质传送。
5.如权利要求1至4中任一项所述的油管理系统，其特征在于：所述热交换器(130)形成在热交换器罩(138)内，所述罩(138)在下部具有进口开口(140)，用于形成通往在所述压力罩(114)的所述下部中形成的油池(142)的通路。
6.如权利要求1至5中任一项所述的油管理系统，其特征在于：纵向油通道(144)形成在所述热交换器罩(138)内，在所述热交换器(130)的所述罩(138)和所述肋片(136)之间。
7.如权利要求1至6中任一项所述的油管理系统，其特征在于：在所述热交换器(130)和相关的所述罩(138)之间的所述通道(144)被部分阻塞，以形成至少两部分(146、148)，其中油(16)被迫在所述肋片(136)之间流动，以从第一部分(146)流到第二部分(148)。
8.如权利要求1至7中任一项所述的油管理系统，其特征在于：所述热交换器(130)具有单独的部分(150)，其中所述热交换器罩(152)具有用于冷却电子开关(160)的冷却介质(158)的进口(154)和出口(156)，所述开关(160)控制连接到所述压缩机(6)的发动机。
9.如权利要求1至8中任一项所述的油管理系统，其特征在于：所述压力罩(14、114)具有至少一个制冷剂的进口开口，所述进口开口包括用于第一油分离的过滤器(26)。
10.一种油管理方法，其主要涉及一种冷却系统(4)，其中压缩装置(6)具有连接到油分离装置(12)的制冷剂(8)排放口(10)，油(16)被从所述油分离装置(12)引导回到所述压缩装置(6)，其特征在于：
所述压缩装置(6)与压力罩(14、114)协同操作，所述压力罩(14、114)至少包括与油管理有关的以下操作：将油(16)与制冷剂(8)分离，冷却所述油(16)，将冷却的油与热的油在混合阀中混合以达到最佳油温，过滤油(16)，以及将油(16)返回到所述压缩装置(6)，所述操作在实质上等于所述压缩装置(6)的所述排放口压力的压力水平下执行。
11.如权利要求10所述的油管理方法，其特征在于：所述热交换器(130)具有用于对介质进行冷却的单独的部分(150)，所述介质用于冷却电子开关(160)，所述开关(160)控制连接到所述压缩机(6)的发动机(5)。
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