CN101910756A - 带有润滑剂冷却器的制冷剂蒸气压缩系统 - Google Patents

带有润滑剂冷却器的制冷剂蒸气压缩系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种制冷剂蒸气压缩系统，其包括制冷剂回路和润滑剂冷却器回路。所述润滑剂冷却器回路与压缩装置可操作地相关联用于冷却与压缩装置相关联的润滑剂，并包括相对于加热介质流被布置于制冷剂吸热换热器的下游的换热器盘管。润滑剂冷却器换热器限定流动通路，该流动通路用于传送与离开制冷剂吸热换热器的被冷却的加热介质有换热关系的润滑剂。

Description

带有润滑剂冷却器的制冷剂蒸气压缩系统
【技术领域】
本发明总体上涉及制冷剂蒸气压缩系统，而更具体地涉及控制润滑剂的温度，该润滑剂被用来润滑制冷剂蒸气压缩系统的压缩装置的压缩机构。
【背景技术】
制冷剂蒸气压缩系统在本领域中是众所周知的，并且通常用于调节被供给在住宅、办公楼、医院、学校、餐馆或其它设施内的气候受控的舒适区域的空气。制冷剂蒸气压缩系统通常还被用在运输制冷系统中，该运输制冷系统用于将供给用于运输易腐烂物品的卡车、拖车、容器或类似物的温度受控的货物空间的空气进行制冷。常规的制冷剂蒸气压缩系统包括四个基本构件：压缩机、制冷剂散热换热器、膨胀装置和充当制冷剂蒸发器的制冷剂吸热换热器。取决于是否制冷剂蒸气压缩系统正运行在亚临界循环或跨临界循环中，制冷剂散热换热器分别充当制冷剂冷凝器或制冷剂气体冷却器。这些基本的制冷剂系统构件由闭合的制冷剂回路中的制冷剂管线互相连接，并被布置成与已知的制冷剂蒸气压缩循环一致，且运行在使用中的特定制冷剂的亚临界压强范围中。
压缩机起到将低压、低温制冷剂蒸气压缩至高压和高温制冷剂蒸气的作用。压缩机不管是往复式压缩机、涡旋式压缩机、回转式压缩机，还是螺杆式压缩机，其包括由马达驱动的压缩机构并具有旋转的或绕轨道运行的元件，它们相互作用以压缩通过压缩机的制冷剂蒸气。通常做法是将润滑剂包括在压缩机中以降低压缩机构及其部件的磨损，还密封相互作用的元件之间的缝隙以降低压缩过程期间的制冷剂蒸气泄漏。由于润滑剂因暴露在压缩过程中产生的高温而被加热，所以其黏度降低，这损害了其摩擦降低能力及其密封效果。因此，通常要提供润滑剂的冷却。
例如，美国专利No.5,899,091公开了一种制冷系统，其中通过传送与膨胀后的经济器制冷剂流有换热关系的润滑油来冷却压缩机润滑剂。美国专利No.6,058,727公开了一种制冷系统，其中压缩机润滑油经过被布置成与离开蒸发器的制冷剂蒸气有换热关系的换热盘管以冷却润滑油。
【发明内容】
在本发明的一个方面中提供一种制冷剂蒸气压缩系统，其包括制冷剂回路和润滑剂冷却器回路。
所述制冷剂回路包括制冷剂压缩装置、用于传送从所述压缩装置接收的处于高压下的制冷剂(该制冷剂与冷却介质有换热关系)的制冷剂散热换热器、以及用于传送处于低压下的制冷剂(该制冷剂与加热介质有换热关系，且加热介质在制冷循环中被布置成与制冷剂流体连通)的制冷剂吸热换热器、以及润滑剂冷却器回路。润滑剂冷却器回路与压缩装置可操作地(operatively)相关联，用于冷却与压缩装置相关联的润滑剂，且包括相对于加热介质流被布置于制冷剂吸热换热器的下游的换热器盘管。润滑剂冷却器换热器限定流动通路，该流动通路用于传送与离开制冷剂吸热换热器的被冷却的加热介质有换热关系的润滑剂。润滑剂冷却器换热器盘管还可包括入口端管(inlet leg)，其用于将待冷却的润滑剂经过润滑剂冷却器换热器盘管传送至润滑剂流动通路，以及出口端管(outlet leg)，其用于从润滑剂流动通路经过润滑剂冷却器换热器盘管传送已被冷却的润滑剂。
在所述制冷剂蒸气压缩系统的一个实施例中，压缩装置包含具有外壳的封闭式压缩机，所述外壳容纳压缩机构、驱动压缩机构的油冷马达以及用于收集冷却马达的油的油池。在本实施例中，润滑剂冷却器换热器盘管的入口端管与油池处于流体连通用于接收待冷却的油，而润滑剂冷却器换热器盘管的出口端管与油池处于流体连通用来使已被冷却的油返回至油池。
在所述制冷剂蒸气压缩系统的一个实施例中，压缩装置包含具有外壳的封闭式压缩机，所述外壳容纳压缩机构和驱动压缩机构的马达，并且润滑剂冷却器回路还包括油分离器。所述油分离器在主制冷剂回路中被布置在相对于封闭式压缩机的制冷剂流的上游和相对于制冷剂散热换热器的制冷剂流的下游。在本实施例中，润滑剂冷却器换热器盘管的入口端管与油分离器处于流体连通用于接收待冷却的油，而润滑剂冷却器换热器盘管的出口端管与封闭式压缩机处于流体连通用于使已被冷却的油返回至所述封闭式压缩机。
在一个实施例中，制冷剂吸热换热器为制冷剂蒸发器换热器，而加热介质是来自气候受控环境(诸如被制冷的运输容器的易腐烂货物储藏区域)的空气。
【附图说明】
为进一步理解本发明，将结合附图参考以下的本发明的详细描述，在附图中：
图1为图示出符合本发明的制冷剂蒸气压缩系统的一个示例性实施例的示意图，该实施例包括由油冷马达驱动的压缩机；
图2为图示出符合本发明的制冷剂蒸气压缩系统的一个示例性实施例的示意图，该实施例包括油分离器；以及
图3为润滑剂冷却器回路的换热器盘管的侧面正视图。
【具体实施方式】
现在参考图1，制冷剂蒸气压缩系统10包括由与其可操作地相关联的马达30驱动的压缩装置20、制冷剂散热换热器40、蒸发器膨胀装置55以及制冷剂吸热换热器50(本文中也被称为蒸发器)，它们通过各种制冷剂管线2、4和6以连续的制冷剂流布置被连接在闭环制冷剂回路中。蒸发器膨胀装置55在制冷剂管线4中被布置在相对于制冷剂散热换热器40的制冷剂流的下游和相对于蒸发器50的制冷剂流的上游。
如果制冷剂蒸气压缩系统10运行在亚临界循环中，制冷剂散热换热器40则被设计成充当制冷剂冷凝换热器，从压缩装置20排放的热的高压制冷剂蒸气经过该制冷剂冷凝换热器并与冷却介质有换热关系，以使从此处经过的制冷剂从制冷剂蒸气冷凝至制冷剂液体。如果制冷剂蒸气压缩系统10运行在跨临界循环中，制冷剂散热换热器40被设计成充当制冷剂过热蒸气减温换热器，从压缩装置20排放的热的高压制冷剂蒸气经过该制冷剂过热蒸气减温换热器并与冷却介质有换热关系以冷却至更低的温度，而不是冷凝从此处经过的制冷剂蒸气。制冷剂冷凝换热器40可包含翅管换热器42，诸如例如，带翅片和圆管的换热盘管或带翅片和小槽道管的换热器。在运输制冷系统应用中，如同在空调和商业制冷应用中一样，通常的冷却介质为借助于与冷凝器40可操作地相关联的一个或多个风扇44经过冷凝器40的环境空气，其与流过换热器42的制冷剂有换热关系。
蒸发器50构成制冷剂蒸发换热器，诸如常规的翅管换热器52，诸如例如带翅片和圆管的换热盘管或带翅片和小槽道平管的换热器，已横越膨胀装置55的膨胀的制冷剂经过该换热器并与加热流体有换热关系，借此制冷剂被蒸发且通常是过热的。膨胀装置55也计量至蒸发器50的制冷剂流，膨胀装置55可以是诸如电子膨胀阀或恒温膨胀阀的膨胀阀，或是诸如毛细管的固定孔计量装置。被传送的且与蒸发器50中的制冷剂有换热关系的加热介质可以是借助于与蒸发器50可操作地相关联的风扇54通过蒸发器50的空气，其被冷却并且通常也被除湿然后被供给气候受控的环境，诸如易腐烂货物(诸如例如被制冷的或冷冻的食物)、与运输制冷系统相关联的储藏区域、或者与商业制冷系统相关联的展示柜或冷藏室、或者空调空间。
压缩装置20起到压缩并使制冷剂通过制冷剂回路循环的作用，这将在下面作更详细的讨论。压缩装置20可以是单级压缩装置，诸如例如但不局限于涡旋式压缩机、往复式压缩机或回转式压缩机，或者是具有至少第一低压压缩级和第二高压压缩级的多级压缩装置，诸如例如但不局限于涡旋式压缩机、往复式压缩机或螺杆式压缩机。在描述于图1中的实施例中，制冷剂蒸气压缩系统10的压缩装置20包含由油冷马达驱动的封闭式或半封闭式压缩机。在描述于图2中的实施例中，制冷剂蒸气压缩系统10的压缩装置20包含由制冷剂蒸气冷却的马达驱动的封闭式或半封闭式压缩机。
封闭式或半封闭式压缩机中，在运行中与压缩机的压缩机构相关联的压缩机驱动马达30被布置于压缩机20的外壳内，通常处于驱动杆的与压缩机构相对的端部。压缩机驱动马达30可以是油冷的，在此情况下，马达被布置于压缩机外壳的内部内的油池32中。这种油也起到润滑压缩机构的相互作用的元件的作用，以及密封缝隙以在压缩过程期间降低相互作用的元件之间的泄漏的作用。然而，压缩机驱动马达30可以是制冷剂蒸气冷却的，在此情况下，压缩机驱动马达被布置于压缩机外壳的内部的顶部区域中。在带有制冷剂蒸气冷却的马达的压缩机中，润滑剂通常通过制冷剂蒸气压缩系统的制冷剂回路被加到制冷剂循环以润滑压缩机构的相互作用的元件并密封缝隙以在压缩过程期间降低相互作用的元件之间的泄漏。
本发明的制冷剂蒸气压缩系统10包括油冷却器回路60，其包含被布置成与被冷却的空气有换热关系的油冷却器换热管盘管62，所述被冷却的空气已借助于蒸发器风扇54穿越蒸发器50的换热器52。如更佳地在图3中所见，油冷却器换热盘管62具有入口端管64和出口端管66。必须在基于期望的油的返回温度、油的质量流量、油的性质和压缩机驱动马达所散发的热量的个案基础上，来确定被布置于离开蒸发器50的被冷却空气流中的油冷却器换热器盘管62的长度。
现在参考图1，在其中描述的实施例中，油冷却器换热盘管62的第一端管64与压缩机20的油池32处于流体连通以接收来自油池的油，而出口端管66与油池32处于流体连通用于使冷却的油返回至油池32。借助于被布置在压缩机外壳的内部内并由压缩机驱动马达30驱动的油泵(未示出)，油从油池32通过入口端管64、然后是油冷却器换热盘管62、然后经由出口端管66返回至油池32进行循环。
现在参考图2，在其中描述的制冷剂蒸气压缩系统10具有驱动压缩装置20的制冷剂蒸气冷却的马达。在该实施例中，制冷剂蒸气压缩系统10的油冷却器回路60还包括油分离器70，它在制冷剂管线2中被布置在相对于压缩机20的制冷剂流的下游和相对于制冷剂散热换热器40的制冷剂流的上游的。在运行中，从压缩机20排放的制冷剂蒸气与其中携带的润滑油进入油分离器70，在油分离器中油从制冷剂蒸气分离并收集在油分离器的底部储蓄池72中。在该实施例中，油冷却器换热盘管62的入口端管64与油分离器70的底部储蓄池72处于流体连通以接收来自储蓄池的油，而出口端管66与压缩机20处于流体连通用于使被冷却的油返回至压缩机的吸入侧。处于压缩机的排放压强的收集到的油，借助于压差流过入口端管64、然后是油冷却器换热盘管60、然后经由出口端管66返回至压缩机20的吸入侧。
在任一个所描述的实施例中，当流过油冷却器换热器盘管60的油经过并与从蒸发器50经过以返回至气候受控环境的被冷却的空气有换热关系时，它通常被冷却约3摄氏度到约20摄氏度(约37.4华氏度到68华氏度)。当从蒸发器50经过的被冷却的空气经过并与热油有换热关系时，该空气被略微再加热，通常小于约1-3摄氏度(1.8-5.4华氏度)。
尽管本文描述了关于基本的如图1和图2所描述的未经济化的制冷剂蒸气压缩系统，应理解的是，油冷却器回路60可便利地采用与基本的制冷剂蒸气压缩循环相关的各种变形。例如，制冷剂蒸气压缩系统可配备有经济器回路、压缩机卸载回路、闪蒸罐接收器或其它改进措施。
前面的描述只是本发明内容的示例。本领域一般技术人员将认识到，可对如本文特别描述的本发明内容作各种改型和变形以及等效替换，而不背离如下面的权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种制冷剂蒸气压缩系统，其包含：
制冷剂回路，其包括制冷剂压缩装置、制冷剂散热换热器和制冷剂吸热换热器，所述制冷剂散热换热器用于传送从所述压缩装置接收的处于高压下的与冷却介质有换热关系的制冷剂，所述制冷剂吸热换热器用于传送处于低压下的与加热介质有换热关系的制冷剂；以及润滑剂冷却器回路，其与所述压缩装置可操作地相关联，用于冷却与所述压缩装置相关联的润滑剂，所述润滑剂冷却器回路包括换热器盘管，所述换热器盘管相对于加热介质流被布置于所述制冷剂吸热换热器的下游并限定流动通路，所述流动通路用于传送与离开所述制冷剂吸热换热器的被冷却的加热介质有换热关系的润滑剂。
2.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中，所述制冷剂吸热换热器包含制冷剂蒸发器换热器，并且所述加热介质包含来自气候受控环境的空气。
3.如权利要求2所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中，所述气候受控环境包含被制冷的运输容器的易腐烂货物储藏区域。
4.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中，所述润滑剂冷却器换热器盘管还包括入口端管和出口端管，所述入口端管用于将待冷却的润滑剂经过所述润滑剂冷却器换热器盘管传送至所述润滑剂流动通路，所述出口端管用于从所述润滑剂流动通路经过所述润滑剂冷却器换热器盘管传送已被冷却的润滑剂。
5.如权利要求4所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中，所述压缩装置包含具有外壳的封闭式压缩机，所述外壳容纳压缩机构、驱动所述压缩机构的油冷马达、以及用于收集用来冷却所述马达的油的油池；所述制冷剂冷却器换热器盘管的所述入口端管与所述封闭式压缩机的所述油池处于流体连通用来接收待冷却的油，而所述制冷剂冷却器换热器盘管的所述出口端管与所述封闭式压缩机的所述油池处于流体连通用来使已被冷却的油返回至所述油池。
6.如权利要求4所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中，所述压缩装置包含具有外壳的封闭式压缩机，所述外壳容纳压缩机构和驱动所述压缩机构的马达；并且
所述润滑剂冷却器回路还包括油分离器，所述油分离器在所述主制冷剂回路中被布置在相对于所述压缩机的制冷剂流的上游和相对于所述制冷剂散热换热器的制冷剂流的下游，所述润滑剂冷却器换热器盘管的所述入口端管与所述油分离器处于流体连通用于接收待冷却的油，而所述润滑剂冷却器换热器盘管的所述出口端管与所述封闭式压缩机处于流体连通用于使已被冷却的油返回至所述封闭式压缩机。
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