CN104508400B - 采用壳管式蒸发器润滑剂回流的电子元件冷却 - Google Patents

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Abstract

一种制冷系统，该制冷系统通过采用润滑剂-液态制冷剂混合物流从电子元件吸收热量的方式，对来自满液式或降膜式蒸发器的润滑剂-液态制冷剂混合物流进行引导。

Description

采用壳管式蒸发器润滑剂回流的电子元件冷却
相关申请交叉引用
本申请是2012年3月22日提交的美国专利申请第13/427,228号的部分继续申请，美国专利申请第13/427,228号的全部内容以引用的方式纳入本文。
背景技术
本发明涉及一种制冷冷却器，更具体地，涉及一种用来回收润滑剂和确保制冷压缩机的高粘度润滑剂的装置。
压缩机通常供应有润滑剂，例如油，润滑剂被用来润滑轴承和其它工作面。润滑剂与制冷剂混合，以至于离开压缩机的制冷剂包含有一定量的润滑剂。这在一定程度上是不理想的，因为在封闭的制冷系统中，保持足够的润滑剂供应来润滑压缩机表面有时变得非常困难。过去，润滑剂分离器被用在紧邻压缩机的下游。虽然润滑剂分离器的确分离出润滑剂，但它们并不总是能提供完全满意的结果。例如，从这样的分离器移除的润滑剂压力高，以及可能具有仍然混合在该润滑剂中的数量可观的制冷剂。这降低了润滑剂的粘度。分离器的使用还可能引起压缩制冷剂的压降，这也是不理想的。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种制冷系统，包括压缩机，所述压缩机具有吸入口和排出口并被布置成从吸入口接收制冷剂、压缩该制冷剂以及通过排出口排出该压缩过的制冷剂。该制冷系统还具有冷凝器以及膨胀装置，所述冷凝器与所述排出口连接并被布置成从所述压缩机接收压缩过的制冷剂并对其进行冷凝，所述膨胀装置与所述冷凝器连接并被布置成从所述冷凝器接收冷凝过的制冷剂。该制冷系统还包括壳管式蒸发器，所述壳管式蒸发器具有入口、第一出口和第二出口，其中所述壳管式蒸发器被布置成通过所述入口从所述膨胀装置接收制冷剂、蒸发该制冷剂的一部分以及通过第一出口将该制冷剂的蒸发的部分排出至所述吸入口。第二出口与所述壳管式蒸发器中的一位置流体连通，在所述制冷系统运行期间，润滑剂移至该位置，该转移的润滑剂与所述壳管式蒸发器中的液态制冷剂混合从而形成润滑剂-液态制冷剂混合物。此外，该制冷系统具有用于电子设备的散热器和润滑剂回流管线，所述润滑剂回流管线将所述第二出口连接至所述吸入口，其中所述润滑剂回流管线与所述散热器呈热交换关系，从而热量被从所述散热器传递到所述润滑剂-液态制冷剂混合物中，以冷却电子设备并蒸发所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的液态制冷剂，并将蒸发的制冷剂和所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的润滑剂引导流至所述压缩机。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种制冷系统，包括：压缩机，所述压缩机具有吸入口和排出口，所述压缩机被布置成从所述吸入口接收制冷剂；变速驱动装置，所述变速驱动装置被布置成驱动所述压缩机以压缩所述制冷剂并将压缩过的制冷剂通过所述排出口排出；散热器，所述散热器与所述变速驱动装置呈热交换关系；冷凝器，所述冷凝器与所述排出口连接并被布置成从所述压缩机接收压缩过的制冷剂并对其进行冷凝；以及膨胀装置，所述膨胀装置与所述冷凝器连接并被布置成从所述冷凝器接收冷凝过的制冷剂。该制冷系统还包括壳管式蒸发器，所述壳管式蒸发器具有入口、第一出口和第二出口，其中所述壳管式蒸发器被布置成通过所述入口从所述膨胀装置接收制冷剂、蒸发该制冷剂的一部分以及通过第一出口将该制冷剂的蒸发的部分排出至所述吸入口，第二出口与所述壳管式蒸发器中的一位置流体连通，在所述制冷系统运行期间，润滑剂移至该位置，该转移的润滑剂与所述壳管式蒸发器中的液态制冷剂混合从而形成润滑剂-液态制冷剂混合物。此外，该制冷系统具有润滑剂回流管线，所述润滑剂回流管线将所述第二出口连接到吸入口，其中所述润滑剂回流管线与所述散热器呈热交换关系，从而热量被从所述散热器传递到所述润滑剂-液态制冷剂混合物中，以冷却所述变速驱动装置和蒸发所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的液态制冷剂，并将蒸发的制冷剂和所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的润滑剂引导至所述压缩机。
在本发明的另一实施例中，提供了一种制冷系统，包括：压缩机，所述压缩机具有吸入口和排出口并被布置成从吸入口接收制冷剂、压缩该制冷剂以及通过排出口排出该压缩过的制冷剂；冷凝器，所述冷凝器与所述排出口连接并被布置成从所述压缩机接收所述压缩过的制冷剂并对其进行冷凝；以及膨胀装置，所述膨胀装置与所述冷凝器连接并被布置成从所述冷凝器接收冷凝过的制冷剂。所述制冷系统还包括：壳管式蒸发器，所述壳管式蒸发器具有入口、第一出口和第二出口，其中所述壳管式蒸发器被布置成通过所述入口从所述膨胀装置接收制冷剂、蒸发该制冷剂的一部分以及通过第一出口将该制冷剂的蒸发的部分排出到所述吸入口，第二出口与所述壳管式蒸发器中的一位置流体连通，在所述制冷系统运行期间，润滑剂转移至该位置，该转移的润滑剂与所述壳管式蒸发器中的制冷剂混合从而形成润滑剂-液态制冷剂混合物；润滑剂回流管线，所述润滑剂回流管线将所述第二出口连接至所述吸入口；散热器，所述散热器用于电子设备；以及润滑剂回流热交换器，所述润滑剂回流热交换器连接到所述润滑剂回流管线。此外，所述制冷系统还具有冷却回路，所述冷却回路连接所述散热器和所述润滑剂回流热交换器并被布置成在所述散热器与所述润滑剂回流热交换器之间循环冷却剂，从而将热量从电子设备传递到所述散热器、从所述散热器传递到冷却剂、以及从所述冷却剂传递到位于所述润滑剂回流热交换器中的所述润滑剂-液态制冷剂混合物中，以冷却所述冷却剂、散热器以及电子设备并蒸发位于所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的所述液态制冷剂，以及将蒸发的制冷剂和所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的润滑剂引导流至所述压缩机。
在另一个实施例中，本发明包括一种用于冷却元件的制冷系统，所述制冷系统具有压缩机，所述压缩机具有吸入口和排出口并被布置成从吸入口接收制冷剂、压缩该制冷剂以及通过排出口排出该压缩过的制冷剂。所述制冷系统还具有：冷凝器，所述冷凝器与所述排出口连接并被布置成从所述压缩机接收所述压缩过的制冷剂并对其进行冷凝；膨胀装置，所述膨胀装置与所述冷凝器连接并被布置成从所述冷凝器接收冷凝过的制冷剂；以及壳管式蒸发器，所述壳管式蒸发器具有入口、第一出口和第二出口，其中所述壳管式蒸发器被布置成通过所述入口从所述膨胀装置接收制冷剂、蒸发该制冷剂的一部分以及通过第一出口将该制冷剂的蒸发的部分排出到流体连接至所述吸入口的管线，第二出口与所述壳管式蒸发器中的一位置流体连通，在所述制冷系统运行期间，润滑剂转移至该位置，该转移的润滑剂与所述壳管式蒸发器中的液态制冷剂混合从而形成润滑剂-液态制冷剂混合物。此外，所述制冷系统还具有：润滑剂回流管线，所述润滑剂回流管线将所述第二出口连接到所述吸入口；散热器；润滑剂回流热交换器，所述润滑剂回流热交换器连接到所述润滑剂回流管线；以及润滑剂分离器和第二润滑剂回流管线，润滑剂分离器被布置在所述压缩机和所述冷凝器之间，所述第二润滑剂回流管线被布置成从所述润滑剂分离器带走润滑剂、将该润滑剂传递穿过所述热交换器，从而将热量从所述润滑剂传递到所述热交换器以及然后将该润滑剂传递到所述压缩机的端口。最后，所述制冷系统具有冷却回路，所述冷却回路连接所述散热器和所述润滑剂回流热交换器，并被布置成在所述散热器与所述润滑剂回流热交换器之间循环冷却剂，使得热量被从元件传递到散热器、从散热器传递到冷却剂、从冷却剂传递到润滑剂回流换热器中的润滑剂-液态制冷剂混合物，从而冷却所述冷却剂、所述散热器和所述元件，以及蒸发所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的所述液态制冷剂，以将蒸发的制冷剂和所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的润滑剂引导流至所述压缩机。
通过参考具体实施方式和附图部分，本发明的其它方面将会变得明显。
附图说明
图1是制冷冷却器示意图。
图2是制冷冷却器的一个替代实施例的示意图。
图3是制冷冷却器的又一替代实施例的示意图。
图4是制冷冷却器的又一替代实施例的示意图。
图5是带有冷却回路的制冷冷却器的示意图。
图6是降膜壳管式蒸发器的示意图。
图7是满液式壳管式蒸发器的示意图。
图8是一个流动池壳管式蒸发器的示意图。
图9是题为“夹带油的吸立管(L型铜管)的最小制冷量(单位：顿)”的表。
图10是制冷冷却器的又一替代实施例的示意图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解的是，本发明的应用并不局限于在下面的描述所阐述或附图所示出的的构造和布置。本发明能够有其它实施方式并能够以各种方式来实施。
几乎所有的制冷冷却器压缩机采用或要求使用旋转部件来完成其压缩目的。这样的旋转部件，与几乎所有的旋转机械的情况相似，由需要润滑的轴承承载。大多数制冷冷却器的典型之处还在于以下事实，至少一些用于润滑其轴承的润滑剂(通常为油)会进入制冷回路，结果其被夹带在从该系统的压缩机中排出的制冷剂气体中。本文所描述的实施例可以采用至少一个润滑剂分离器。润滑剂分离器能从润滑剂制冷剂混合物中去除一些润滑剂，但不能够去除润滑剂制冷剂混合物中的所有润滑剂。以类似的方式，润滑剂分离器不能够从润滑剂制冷剂混合物中仅仅去除润滑剂，相反地，润滑剂分离器去除其中含有一些制冷剂的润滑剂。在压缩过程中，润滑剂可能与制冷剂混合，从而形成润滑剂制冷剂混合物。
如图1所示意性示出的，制冷系统12包括：压缩机14、冷凝器18、膨胀装置22和蒸发器26。压缩机14、冷凝器18、膨胀装置22和蒸发器26流体连接从而形成制冷回路。作为示例，压缩机可以是：离心式压缩机、螺杆式压缩机或涡旋式压缩机。作为示例，膨胀装置22可以是膨胀阀。制冷系统12还包括润滑剂分离器30和热交换器34。
本文所述的所有实施例都包括蒸发器26，它可以是降膜壳管式蒸发器(见图6)、满液式壳管式蒸发器(见图7)以及流动池壳管式蒸发器(见图8)其中之一，或这些蒸发器的至少一个的变型。关于降膜壳管式蒸发器的其他信息可以在专利号为6868695的美国专利中找到，其通过引用的方式纳入本文。关于满液式管壳式蒸发中的附加信息可以在专利号为4829786的美国专利中找到，其通过引用的方式纳入本文。关于流动池壳管式蒸发器中的附加信息可以在专利号为6516627的美国专利中找到，其通过引用的方式纳入本文。为了便于描述各种实施例，在此只使用术语蒸发器。蒸发器26的作用是方便汽化的制冷剂和润滑剂-液态制冷剂混合物从待冷却的介质吸热。此外，蒸发器26允许润滑剂被集中在未在蒸发器中蒸发的润滑剂-液态制冷剂混合物中。
本文所描述的所有实施例都包括冷凝器18。各个实施例使用的冷凝器18可以是冷凝器或冷凝器/过冷器的组合。如果使用过冷器的话，过冷器部分的作用是进一步冷却制冷剂。本文中，为了便于描述各实施例，仅仅使用术语冷凝器。
现在回到图1所示的实施例，压缩机14包括吸入口38和排出口42。第一和第二润滑剂回流管线46、50供应润滑剂以润滑压缩机14。压缩机14被配置成：从吸入口38接收制冷剂、压缩制冷剂并从排出口42排出压缩过的制冷剂。在运行中，压缩机14压缩制冷剂气体、加热该气体并在该过程中提升其压力，然后将该制冷剂传送到润滑剂分离器30然后到达冷凝器18。在所示实施例中，使用了螺杆式压缩机14，但在制冷系统12中，也可考虑使用其它类型的压缩机14，例如离心式压缩机。所示实施例包括润滑剂分离器30，但是替代实施例可以不包括润滑剂分离器30。
冷凝器18被连接到润滑剂分离器30，并且被配置来接收压缩后的制冷剂并对其进行冷凝。输送到冷凝器18的气态制冷剂通过与例如水或乙二醇的冷却流体进行热交换，从而被冷凝成液态形式。在某些类型的制冷系统10中，使用周围的空气而不是水作为冷却流体。冷凝后的制冷剂，其仍然相对较热并处于相对高的压力，从冷凝器18流出并穿过膨胀装置22。
膨胀装置22被连接到冷凝器18，并被配置成从冷凝器18接收冷凝后的制冷剂。在流过膨胀装置22的过程中，冷凝后的制冷剂经历了压降，该压降导致至少一部分冷凝后的制冷剂闪蒸成制冷剂气体，从而导致制冷剂被冷却。在一些实施例中，限流器被用来代替膨胀装置22或与膨胀装置22一起使用。
当前较冷的两相制冷剂被从膨胀装置22传送到蒸发器26，在蒸发器26中其与例如水或乙二醇的热交换介质发生热交换接触。已经通过热负载加热的流过管束54的热交换介质，温度比被带入与其进行热交换接触的制冷剂的温度高并且将热量传递给该制冷剂，该热负载是制冷冷却器冷却的目的。制冷剂从而被加热并且其液态部分大多数被蒸发。
流过管束54的介质反过来被冷却并且被传送回热负载，热负载可以是建筑中的空气、与制造过程相关的热负载、或需要冷却或受益于冷却的任意热负载。对热负载进行冷却后，介质返回到蒸发器26，再次从热负载带走热量，介质蒸发器26处在一个连续过程中通过蒸发后的制冷剂和润滑剂-液态制冷剂混合物，而被再次冷却。在一些实施例中，润滑剂使用与制冷剂相同的路径，从压缩机14转移到蒸发器26，并可以在制冷剂循环中的较早点与制冷剂混合。
蒸发器26包括第一和第二出口28、32。同样在连续和持续过程中，蒸发器26中蒸发的制冷剂被压缩机14从蒸发器26中抽出，压缩机14对制冷剂进行再压缩并将其传送到润滑剂分离器30，然后再到冷凝器18。
夹带在从压缩机14传送到润滑剂分离器30的制冷剂气流中的润滑剂，在润滑剂分离器30中被分离。润滑剂然后被从润滑剂分离器30传送到第一润滑剂回流管线46。第一润滑剂回流管线46穿过热交换器34，第一润滑剂在该热交换器34处与第二润滑剂回流管线50中的润滑剂热接触。在离开热交换器34后，第一润滑剂回流管线46返回到压缩机14，在压缩机14处，该润滑剂被用来润滑压缩机14。蒸发器26中的润滑剂-液态制冷剂混合物经由第二出口32离开蒸发器26。第二出口32可位于蒸发器中液态制冷剂倾向于积聚的部分上。一个实施例中，第二出口32位于蒸发器26的底部，而在另一实施例中，第二出口位于蒸发器的侧部上。如图2所示，在一个替代实施例中，第二润滑剂回流管线50返回到吸入口38。
已经通过第二出口32离开蒸发器26的润滑剂-液态制冷剂混合物，在蒸发器26的饱和液态温度下进入第二润滑剂回流管线50。第二润滑剂回流管线50穿过热交换器34，在热交换器34中，第二润滑剂回流管线50与第一润滑剂回流管线46中的润滑剂热接触，引起第二润滑剂回流管线46中的制冷剂蒸发。如果在第二润滑剂回流管线50中发生制冷剂的完全蒸发，从第二出口32离开的润滑剂通过油夹带可以液滴而不是块(slug)离开热交换器34。第二润滑剂回流管线50位于热交换器34下游，并且其根据例如图9所示的表中公认的标准，根据制冷系统12的饱和吸入温度和制冷剂容量，进行大小设置和配置。图9中的表的标题为“夹带油的吸立管(L型铜管)的最小制冷量(单位：顿)”，并可以在2010年美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)手册(制冷)的1.20页中找到，它是由美国采暖、制冷与空调工程师学会出版的，并具有国际标准图书编号(ISBN)978-1-933742-81-6。离开热交换器34后，第二润滑剂回流管线50中的润滑剂-液态制冷剂混合物返回到压缩机14，在这里，润滑剂被用来润滑压缩机14。另一可替代实施例中，在热交换器34中，在液态制冷剂没有完全蒸发的情形中，从第二出口32离开的润滑剂可作为油混合或混合有液态制冷剂存在。
将第二润滑剂回流管线50穿过热交换器34将形成一个确保润滑剂回流的热虹吸效应，并会导致液态润滑剂与过热制冷剂蒸气返回到压缩机14从而提高压缩机14的性能。热交换器34的存在将导致返回压缩机14的更高质量的混合物(即更多制冷剂蒸气)，且在一些情形中，过热蒸气。将第一润滑剂回流管线46穿过热交换器34将降低热交换器内的润滑剂的温度，并提高热交换器内的润滑剂的粘度，从而提高压缩机的润滑性以及降低噪音。热交换器34起一个热虹吸的作用，以确保润滑剂-液态制冷剂混合物流过热交换器34。也就是说，由于热交换器34中的润滑剂-液态制冷剂混合物已经吸热以及在热交换器34中制冷剂的蒸发，第一润滑剂回流管线46中的制冷剂与已经从热交换器34吸热的混合物的密度是不同的，这种密度上的不同为将混合物移动穿过热交换器34提供了动力，即热虹吸。
图1所示的实施例具有多个优点。热交换器34允许从制冷剂的第一部分去除热，从而改善润滑剂-液态制冷剂混合物的粘度。此外，去除热允许已经穿过蒸发器26的润滑剂-液态制冷剂混合物成为过热气体，从而提高了到达压缩机14的混合物的质量，并避免减少到达压缩机的过热气体。此外，去除热提高了流量并降低了通过热交换器34的润滑剂的温度，从而将冷却润滑剂传送到压缩机14，从而改善了压缩机的润滑并降低噪音水平。最后，去除热有助于形成对压缩机的热虹吸，其进一步最小化由于冷却需要而带来的任何寄生损失。
图2示出图1所示的制冷系统12的替代实施例并且相同的部件被赋予相同的附图标记，但为避免重复，此处将不再详细描述。在描述图2所示的替代实施例中，仅仅描述该替代实施例与图1所示的实施例之间的差异。
图2所示的压缩机14由变速驱动装置(VSD)驱动，该变速驱动装置(VSD)需要冷却以便正常运转。替代实施例可以包括润滑剂分离器30。输送到冷凝器18的气态制冷剂通过与冷却流体热交换而冷凝成液态形式。冷凝的制冷剂，其仍然相对暖和，在相对高的压力下，从冷凝器18流入并穿过膨胀装置22。
制冷剂的第一部分在到达膨胀装置22之前，被引导到VSD散热器66，VSD散热器66用于冷却VSD。除了VSD散热器66之外，或代替VSD散热器66，其它部件可以被冷却。需要冷却的其它部件包括，例如，电子元件、负载电感或二极管。当制冷剂的冷凝的第一部分穿过VSD散热器66时，制冷剂的冷凝的第一部分从VSD散热器66中吸收热量，从而冷却VSD。离开VSD后，该制冷剂的第一部分穿过热交换器34。
在制冷剂的第一部分位于热交换器34期间，该制冷剂的第一部分与已经穿过蒸发器26的制冷剂热接触。已经穿过蒸发器26的制冷剂从该制冷剂的第一部分吸热。在一个替代实施例中，VSD散热器66和热交换器34组合。在该制冷剂的第一部分已经将热量传送给穿过蒸发器26的制冷剂之后，该制冷剂的第一部分与来自冷凝器18的没有穿过VDS散热器66的制冷剂混合。在图示实施例中，制冷剂的第一部分与来自冷凝器18的制冷剂在膨胀装置22之前混合。在又一替代实施例中(图2中虚线所示)，在未穿过VSD散热器66的制冷剂穿过膨胀装置22之后，该制冷剂的两部分相互混合。在此替代实施例中，将热交换器34连接到位于膨胀装置22后的两部分制冷剂相互混合的位置的制冷管线，尺寸可以设置成限制制冷剂流量，和/或其可能包括额外的膨胀装置。
制冷剂穿过膨胀装置22后进入蒸发器26，在这里热量被交换并且润滑剂被混入，如图1所示的实施例所述。被加热的气态制冷剂离开第一出口28并进入压缩机14的吸入口38。润滑剂-液态制冷剂混合物通过第二出口32离开蒸发器26，并穿过热交换器34，在热交换器34中，润滑剂与制冷剂的第一部分热接触。在从制冷剂的第一部分吸收热量后，润滑剂-液态制冷剂混合物中的制冷剂蒸发，引导蒸发的制冷剂流和润滑剂-液态制冷剂混合物至压缩机14的第一吸入口38。在一替代实施例中，润滑剂-液态制冷剂混合物在离开蒸发器26之后，进入热交换器34之前，穿过第二膨胀阀，因此润滑剂-液态制冷剂混合物压力降低，从而蒸发制冷剂并冷却该混合物。在又一替代实施例中，如图1所示，第二润滑剂回流管线50将润滑剂-液态制冷剂混合物返回到辅助吸入口。在又一替代实施例中，穿过热交换器34的润滑剂-液态制冷剂混合物不穿过膨胀装置22，相反，已经穿过热交换器34的润滑剂液态混合物合物被直接传递到蒸发器26。
热交换器34起一个热虹吸的作用，以确保润滑剂-液态制冷剂混合物穿过热交换器34。也就是说，由于热交换器34中的润滑剂-液态制冷剂混合物已经吸热以及在热交换器34中制冷剂蒸发，通过VSD散热器66后的制冷剂的密度和已经从热交换器34吸附热的混合物的密度是不同的；这种密度上的差异为将混合物移动穿过热交换器34提供了动力，即热虹吸。
图2所示的实施例有多个优点。热交换器34允许从制冷剂的第一部分去除热，从而提供额外的过冷以提升蒸发器26的性能。此外，去除热允许已经穿过蒸发器26的润滑剂-液态制冷剂混合物成为过热气体，从而提高到达压缩机14的该混合物的质量，并避免减少到达压缩机的过热气体。此外，去除热提高了流量并提高了通过热交换器34的润滑剂的温度，从而将升温后的润滑剂传送到压缩机14，其改善了压缩机的润滑。最后，去除热有助于形成对压缩机14的热虹吸，其进一步最小化任何由于VSD冷却需要而带来的寄生损失。
图10示出图1所示的制冷系统12的替代实施例并且相同的部件被赋予相同的附图标记，但为避免重复，此处将不再详细描述。在描述图10所示的替代实施例中，仅仅描述该替代实施例与图1所示的实施例之间的差异。
图10所示的压缩机14压缩制冷剂，该制冷剂然后被传送到冷凝器18，在冷凝器18中制冷剂通过与冷却流体进行热交换而被冷凝为液态形式。该冷凝后的制冷剂，其仍然相对暖和，在相对高的压力下，从冷凝器18流入并穿过膨胀装置22。
在到达膨胀装置22之前，制冷剂的第一部分被引导到热交换器34。在制冷剂的第一部分位于热交换器34期间，该制冷剂的第一部分与已经穿过蒸发器26的制冷剂热接触。已经穿过蒸发器26的制冷剂从该制冷剂的第一部分吸热。在该制冷剂的第一部分已经将热量传递给穿过蒸发器26的制冷剂之后，该制冷剂的第一部分与来自冷凝器18的没有穿过热交换器34的制冷剂混合。在图示实施例中，制冷剂的第一部分与来自冷凝器18的制冷剂在到达膨胀装置22之前混合。在又一替代实施例中，在没有穿过热交换器34的制冷剂穿过膨胀装置22后，两者相互混合。
制冷剂穿过膨胀装置22后进入蒸发器26，在这里热量被交换并且润滑剂被混入，如图1所示的实施例所述。加热后的气态制冷剂离开第一出口28，并进入压缩机14的吸入口38。润滑剂-液态制冷剂混合物通过第二出口32离开蒸发器26，并穿过热交换器34，在这里，润滑剂与制冷剂的第一部分热接触。在从制冷剂的第一部分吸收热量后，润滑剂-液态制冷剂混合物中的制冷剂蒸发，引导蒸发的制冷剂流和润滑剂-液态制冷剂混合物到达压缩机14的第一吸入口38。在一替代实施例中，润滑剂-液态制冷剂混合物在离开蒸发器26之后，进入热交换器34之前，流过第二膨胀阀，因此润滑剂-液态制冷剂混合物压力降低，从而蒸发制冷剂并冷却该混合物。在又一替代实施例中，第二润滑剂回流管线50将润滑剂-液态制冷剂混合物返回到辅助吸入口，如图1所示。在又一替代实施例中，穿过热交换器34的润滑剂液态混合物不穿过膨胀装置22，相反，已经穿过热交换器34的润滑剂液态混合物合物被直接传递到蒸发器26。
图10所示的实施例有多个优点。热交换器34允许从制冷剂的第一部分中去除热，从而提供额外的过冷以提升蒸发器26的性能。此外，去除热允许已经穿过蒸发器26的润滑剂-液态制冷剂混合物成为过热气体，从而提高到达压缩机14的该混合物的质量，并避免了减少到达压缩机的过热气体。此外，去除热提高了流量并提高了通过热交换器34的润滑剂温度，从而将暖和的润滑剂传送到压缩机14，从而改善了压缩机的润滑。最后，去除热有助于形成对压缩机14的热虹吸，其使得压缩机14更高效地运行。
图3示出图1所示的制冷系统12的替代实施例并且相同的部件被赋予相同的附图标记，但为避免重复，此处将不再详细描述。在描述图3所示的替代实施例中，仅仅描述该替代实施例与图1所示的实施例之间的差异。
图3所示的制冷系统12使用如关于图2所示的实施例所描述的VSD和VSD散热器66。在图3所示的制冷系统12中，由压缩机14压缩的全部制冷剂被送往冷凝器18。离开冷凝器18之后，制冷剂穿过膨胀装置22并进入蒸发器26，在蒸发器26处，其与润滑剂混合，如关于图1所示的实施例所描述的。润滑剂-液态制冷剂混合物然后被从蒸发器26的第二出口32带走，并被馈送通过VSD散热器66，从而冷却VSD并蒸发润滑剂液态制冷剂中的制冷剂。VSD散热器66起一个热虹吸的作用，以辅助该混合物穿过VSD散热器66。穿过VSD散热器后，润滑剂-液态制冷剂混合物与已通过蒸发器26的第一出口28的润滑剂-液态制冷剂混合物混合，并且两者都返回到压缩机14的吸入口38。在一替代的实施例中，在被馈送穿过VSD散热器66之前，穿过第二出口32的润滑剂-液态制冷剂混合物还穿过第二膨胀阀。在又一替代实施例中，制冷系统12包括润滑剂分离器，该润滑剂分离器直接从压缩机排出口42接收制冷剂、从制冷剂中分离润滑剂以及将分离出的润滑剂返回到压缩机14。在一替代实施例中，润滑剂分离器和相关的管线与图3所示的系统结合。在另一替代实施例中，如图1所示，第二润滑剂回流管线50将润滑剂-液态制冷剂混合物返回至辅助吸入口。
图3所示的实施例有多个优点。制冷系统12去除来自VSD散热器66的热，从而提高返回压缩机14的润滑剂和制冷剂的质量。此外，制冷系统12抑制液态制冷剂返回压缩机14，这样可以减少过热气体。制冷系统12利用VSD提供的热量，蒸发来自穿过VSD散热器66的润滑剂-液态制冷剂混合物中的制冷剂，这改善了润滑剂的流量和质量，并提高返回压缩机14的润滑剂的温度，这改善了压缩机14的润滑。最后，去除热有助于形成对压缩机的热虹吸，其进一步最小化由于冷却需要而带来的任何寄生损失。
图4示出图1所示的制冷系统12的替代实施例并且相同的部件被赋予相同的附图标记，但为避免重复，此处将不再详细描述。在描述图4所示的替代实施例中，仅仅描述该替代实施例与图1所示的实施例之间的差异。
图4所示的制冷系统12使用如关于图2所示的实施例所描述的VSD和VSD散热器66。在图4所示的制冷冷却器中，制冷剂被压缩并传送到润滑剂分离器30，在这里润滑剂被从制冷剂中移除，然后该润滑剂被传送到第一润滑剂回流管线46。第一润滑剂回流管线46中的润滑剂然后穿过热交换器34，在热交换器34中，第一润滑剂回流管线46中的润滑剂与第二润滑剂回流管线50中的润滑剂热接触。第一润滑剂回流管线46中的润滑剂将热量传递给第二润滑剂回流管线50中的润滑剂。第一、第二润滑剂回流管线46、50中的润滑剂然后返回到压缩机14中。
来自润滑剂分离器30中的制冷剂然后被传送到冷凝器18。离开冷凝器18之后，制冷剂穿过膨胀装置22并进入蒸发器26，在蒸发器26处，其与制冷剂混合，如关于图1所示的实施例所描述的。润滑剂-液态制冷剂混合物然后被从蒸发器26的底部带走并排出第二出口32，润滑剂-液态制冷剂混合物然后进入第二润滑剂回流管线50。第二润滑剂回流管线50穿过热交换器34，在这里，第二润滑剂回流管线50中的润滑剂-液态制冷剂混合物从第一润滑剂回流管线46中的润滑剂接收热量。第二润滑剂回流管线50中的润滑剂-液态制冷剂混合物然后穿过VSD散热器66，在这里，润滑剂-液态制冷剂混合物从VSD散热器66接收热量。来自第二润滑剂回流管线50中的润滑剂-液态制冷剂混合物的制冷剂在穿过热交换器34和VSD散热器66中的至少一个时被蒸发，从而形成热虹吸效果。在穿过VSD散热器66后，润滑剂-液态制冷剂混合物返回至压缩机14。在一个替代实施例中，在进入热交换器34之前，第二润滑剂回流管线50中的润滑剂-液态制冷剂混合物可以穿过第二膨胀阀。润滑剂-液态制冷剂混合物通过第一排出口28离开蒸发器26并被传送到压缩机14的吸入口38。如图2所示，在一个替代实施例中，第二润滑剂回流管线50返回至吸入口38。
热交换器34起一个热虹吸的作用，以确保润滑剂-液态制冷剂混合物穿过热交换器34。也就是说，由于热交换器34中的润滑剂-液态制冷剂混合物已经吸热以及在热交换器34中的制冷剂蒸发，第一制冷剂回流管线46中的制冷剂的密度和已经从热交换器34吸热的混合物的密度是不同的，这种密度上的不同为将混合物移动穿过热交换器34提供了动力，即热虹吸。
图4所示的制冷系统12提供了多个优点。在第一和第二润滑剂回流管线46、50中的润滑剂改善压缩机14的润滑。通过将第二润滑剂回流管线50穿过热交换器34和VSD散热器66中的至少一个来形成的热虹吸效应，确保润滑剂被返回到压缩机14。将第二润滑剂回流管线50穿过VSD散热器66也确保了更高蒸气质量的制冷剂或过热的制冷剂蒸汽加油被返回到压缩机14，从而提高了压缩机的性能和可靠性。制冷冷却器的另一个优点是，被连接穿过热交换器34的第二润滑剂回流管线50降低流体温度并提高传送到压缩机14的润滑剂的粘度，从而便于润滑和降低噪音。最后，去除热有助于形成对压缩机14的热虹吸，其进一步最小化由于VSD冷却需要而带来的任何寄生损失。
图5示出带有电子元件冷却回路70的制冷系统12。制冷系统12类似于图3所示的制冷系统12。因此，相同的部件被赋予相同的附图标记，但为避免重复，此处将不再详细描述。在描述图5所示的替代实施例中，仅仅描述该替代实施例与图1所示的实施例之间的差异。
带有电子元件冷却回路70的制冷系统12包括热交换器34。润滑剂-液态制冷剂混合物被从蒸发器26的底部带走，并被馈送通过热交换器34，在这里该混合物吸收热量。热交换器34起一个热虹吸的作用，以确保润滑剂-液态制冷剂混合物穿过热交换器34。也就是说，由于热交换器34中的润滑剂-液态制冷剂混合物已经吸热以及热交换器34中制冷剂的一部分蒸发，制冷剂返回管线74中的制冷剂的密度和已经从热交换器34吸热的混合物的密度是不同的，这种密度上的差异为将混合物移动穿过热交换器34提供了动力，即热虹吸。润滑剂-液态制冷剂混合物通过热交换器34后，与第二制冷剂回流管线74中的制冷剂混合并两者都被返回到吸入口38。在又一替代实施例中，在流入热交换器34之前，润滑剂-液态制冷剂混合物被传送到第二膨胀阀。在又一替代实施例中，热交换器34被布置成：重力为润滑剂-液态制冷剂混合物提供动力，从而其被从蒸发器26中带走、再传送到热交换器34并返回到压缩机14。在又一替代实施例中，润滑剂分离器，如关于图1所述描述的一样，被图5所示的实施例利用。如图1所示，在又一替代实施例中，第二制冷剂回流管线50将润滑剂-液态制冷剂混合物返回到辅助吸入口。
电子元件冷却回路70含有冷却剂，例如乙二醇。电子元件冷却回路70包括循环泵76、热交换器34和散热器78。循环泵76的作用是在冷却回路70中循环冷却剂，热交换器34的作用是方便冷却回路70中的冷却剂与来自蒸发器26的润滑剂-液态制冷剂混合物之间进行热交换，以及散热器66用于需要冷却的部件吸热，例如，电子元件、负载电感器、二极管、润滑剂或变速驱动器。在一个实施例中，热交换器34是一种钎焊板式热交换器。在图示的实施例中，冷却液从循环泵76流到散热器78，从散热器78流到热交换器34，以及从热交换器34流到冷却剂泵76。在一个替代实施例中，冷却剂反向流动。
带有电子元件冷却回路70的制冷系统12具有多个优点。通常会被截留在蒸发器26中的润滑剂-液态制冷剂混合物，被从蒸发器26中移除并返回到压缩机14，这有助于确保足够的压缩机润滑。此外，因为除了引导流至压缩机以外，由润滑剂-液态制冷剂混合物吸附的热量还用于蒸发来自润滑剂-液态制冷剂混合物的制冷剂，所以返回到压缩机14的润滑剂-液态制冷剂混合物具有更高质量(在这种情况下，质量指的是蒸气与液态制冷剂的比例)。有利的组件冷却由冷却回路70完成。甚至当压缩机14被关闭时，冷却回路70还能够从该组件吸附一定的热量，从而在压缩机14不运行后，延长组件可能的运行时间。此外，冷却回路70含有液态冷却剂并且不依赖于制冷剂，所以总有液态存在于该冷却回路70中。带有电子元件冷却回路70的制冷系统12的另一个优点是，散热器78和/或待冷却的电子组件不需要紧靠压缩机14。
应当注意的是，通过开口从热交换器34流向吸入口38的热虹吸，由于制冷剂回流管线74中的制冷剂与已从热交换器34吸热的润滑剂-液态制冷剂混合物之间的密度不同，以及在由于蒸发器26和热交换器34的布置的重力动力的辅助下，建立并维持了润滑剂-液态制冷剂混合物的自持流，而不需要机械或机电装置、阀或控制来引起或调节润滑剂-液态制冷剂混合物的流动。因此，本发明的冷却布置是可靠、简单和经济的，同时最小化其它制冷系统的油冷却方案中伴随的对制冷系统效率的不利影响。要进一步注意的是，通过蒸发器26与热交换器34的布置，润滑剂-液态制冷剂混合物的流速与润滑剂-液态制冷剂混合物和热交换器34之间进行热交换的程度是成比例的。在一个替代实施例中，限流器被放置在蒸发器26与热交换器34之间，以限制润滑剂-液态制冷剂混合物的流量达到预先设定的最大流量。
因此，除了别的之外，本发明提供了一种制冷系统。本发明的各特征和优点在以下的权利要求书中阐述。

Claims (33)

1.一种制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括：
压缩机，所述压缩机具有吸入口和排出口并被布置成从所述吸入口接收制冷剂、压缩该制冷剂以及通过所述排出口排出该压缩过的制冷剂；
冷凝器，所述冷凝器与所述排出口连接并被布置成从所述压缩机接收所述压缩过的制冷剂并对该压缩过的制冷剂进行冷凝；
第一膨胀装置，所述第一膨胀装置与所述冷凝器连接并被布置成从所述冷凝器接收冷凝过的制冷剂；
壳管式蒸发器，所述壳管式蒸发器具有入口、第一出口和第二出口，其中所述壳管式蒸发器被布置成通过所述入口从所述第一膨胀装置接收制冷剂、蒸发该制冷剂的一部分以及通过第一出口将该制冷剂的蒸发的部分排出到一管线，该管线流体连接到所述吸入口，第二出口与所述壳管式蒸发器中的一位置流体连通，在所述制冷系统运行期间，润滑剂转移至该位置，该转移的润滑剂与所述壳管式蒸发器中的液态制冷剂混合从而形成润滑剂-液态制冷剂混合物；
润滑剂回流管线，所述润滑剂回流管线将所述第二出口与所述吸入口连接；
散热器；
润滑剂回流热交换器，所述润滑剂回流热交换器连接到所述润滑剂回流管线；以及
冷却回路，所述冷却回路连接所述散热器和所述润滑剂回流热交换器，并被布置成在所述散热器与所述润滑剂回流热交换器之间循环冷却剂，使得热量被从电子设备传递到散热器、从散热器传递到冷却剂、从冷却剂传递到润滑剂回流换热器中的润滑剂-液态制冷剂混合物，从而冷却所述冷却剂、所述散热器和所述电子设备，以及蒸发所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的液态制冷剂，以将蒸发的制冷剂和所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的润滑剂引导流至所述压缩机。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：重力为从所述蒸发器移动所述润滑剂-液态制冷剂混合物提供动力。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括限流器，所述限流器设置在所述第二出口与所述润滑剂回流热交换器之间的所述润滑剂回流管线上。
4.根据权利要求3所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括第二膨胀装置，所述第二膨胀装置与所述蒸发器连接并被布置成从所述第二出口接收所述润滑剂-液态制冷剂混合物。
5.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于：所述散热器对变速驱动装置进行冷却。
6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于：所述压缩机由所述变速驱动装置驱动。
7.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于：所述压缩机是螺杆式压缩机。
8.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述润滑剂回流热交换器是钎焊板式热交换器。
9.根据权利要求8所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括限流器，所述限流器设置在所述第二出口与所述润滑剂回流热交换器之间的所述润滑剂回流管线上。
10.根据权利要求9所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括第二膨胀装置，所述第二膨胀装置与所述蒸发器连接并被布置成从所述第二出口接收所述润滑剂-液态制冷剂混合物。
11.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：从所述润滑剂回流热交换器到所述润滑剂-液态制冷剂混合物的热量转移引起所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的所述制冷剂的一部分蒸发，从而导致在已经吸热的所述润滑剂-液态制冷剂混合物与流体连接到所述吸入口的所述管线中的制冷剂密度之间密度上的差异，其间密度上的差异产生了压力差，该压力差将制冷剂引导流出所述润滑剂回流热交换器。
12.一种对待冷却的介质进行冷却的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
使用压缩机来压缩制冷剂；
使用第一膨胀装置来膨胀压缩过的制冷剂；
通过入口将压缩过的制冷剂接收至壳管式蒸发器中；
对包含在所述壳管式蒸发器中的制冷剂的一部分进行蒸发；
通过所述壳管式蒸发器的第一出口将所述制冷剂的蒸发的部分排出到与所述压缩机的吸入口流体连接的管线；
将润滑剂-液态制冷剂混合物从所述壳管式蒸发器的第二出口排出；
使排出的润滑剂-液态制冷剂混合物穿过热交换器；以及
在所述热交换器与用于电子设备的散热器之间循环冷却剂，从而从所述散热器移除热量并将该热量排出到所述排出的润滑剂-液态制冷剂混合物，从而蒸发所述排出的润滑剂-液态制冷剂混合物中的液态制冷剂，以将蒸发的制冷剂和所述排出的润滑剂-液态制冷剂混合物中的润滑剂引导流至所述压缩机。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：重力是将所述润滑剂-液态制冷剂混合物从所述壳管式蒸发器中排出的动力。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对在所述第二出口与所述热交换器之间的所述润滑剂-液态制冷剂混合物的流量进行限制。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：使用第二膨胀装置对来自所述第二出口的所述润滑剂液态制冷剂进行膨胀。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述电子设备为变速驱动装置。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：使用所述变速驱动装置来驱动所述压缩机。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述压缩机是螺杆式压缩机。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述热交换器是钎焊板式热交换器。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对在所述第二出口与所述热交换器之间的所述润滑剂-液态制冷剂混合物的流量进行限制。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：使用第二膨胀装置对来自所述第二出口的所述润滑剂-液态制冷剂进行膨胀。
22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的液态制冷剂的蒸发导致在已经吸收了热量的所述润滑剂-液态制冷剂混合物与流体连接到所述吸入口的管线中的制冷剂之间密度上的差异，其间密度上的差异产生了压力差，该压力差将制冷剂引导流出所述热交换器。
23.一种为元件降温的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括：
压缩机，所述压缩机具有吸入口和排出口并被布置成从所述吸入口接收制冷剂、压缩该制冷剂以及通过排出口排出该压缩过的制冷剂；
冷凝器，所述冷凝器与所述排出口连接并被布置成从所述压缩机接收所述压缩过的制冷剂并对该压缩过的制冷剂进行冷凝；
第一膨胀装置，所述第一膨胀装置与所述冷凝器连接并被布置成从所述冷凝器接收冷凝过的制冷剂；
壳管式蒸发器，所述壳管式蒸发器具有入口、第一出口和第二出口，其中所述壳管式蒸发器被布置成通过所述入口从所述第一膨胀装置接收制冷剂、蒸发该制冷剂的一部分以及通过第一出口将该制冷剂的蒸发的部分排出到流体连接至所述吸入口的管线，第二出口与所述壳管式蒸发器中的一位置流体连通，在所述制冷系统运行期间，润滑剂转移至该位置，该转移的润滑剂与所述壳管式蒸发器中的液态制冷剂混合从而形成润滑剂-液态制冷剂混合物；
润滑剂回流管线，所述润滑剂回流管线将所述第二出口连接到所述吸入口；
散热器；
润滑剂回流热交换器，所述润滑剂回流热交换器连接到所述润滑剂回流管线；
润滑剂分离器和第二润滑剂回流管线，润滑剂分离器被布置在所述压缩机和所述冷凝器之间，所述第二润滑剂回流管线被布置成从所述润滑剂分离器带走润滑剂、将该润滑剂传递穿过所述润滑剂回流热交换器，从而将热量从所述润滑剂传递到所述润滑剂回流热交换器以及然后将该润滑剂传递到所述压缩机的端口；以及
冷却回路，所述冷却回路连接所述散热器和所述润滑剂回流热交换器，并被布置成在所述散热器与所述润滑剂回流热交换器之间循环冷却剂，使得热量被从元件传递到散热器、从散热器传递到冷却剂、从冷却剂传递到润滑剂回流换热器中的润滑剂-液态制冷剂混合物，从而冷却所述冷却剂、所述散热器和所述元件，以及蒸发所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的液态制冷剂，以将蒸发的制冷剂和所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的所述润滑剂引导流至所述压缩机。
24.根据权利要求23所述的制冷系统，其特征在于：重力为从所述蒸发器移动所述润滑剂-液态制冷剂混合物提供动力。
25.根据权利要求23所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括限流器，所述限流器设置在所述第二出口与所述润滑剂回流热交换器之间的所述润滑剂回流管线上。
26.根据权利要求25所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括第二膨胀装置，所述第二膨胀装置与所述蒸发器连接并被布置成从所述第二出口接收所述润滑剂-液态制冷剂混合物。
27.根据权利要求26所述的制冷系统，其特征在于：所述元件是变速驱动装置。
28.根据权利要求27所述的制冷系统，其特征在于：所述压缩机由所述变速驱动装置驱动。
29.根据权利要求28所述的制冷系统，其特征在于：所述压缩机是螺杆式压缩机。
30.根据权利要求23所述的制冷系统，其特征在于：所述润滑剂回流热交换器是钎焊板式热交换器。
31.根据权利要求30所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括限流器，所述限流器设置在所述第二出口与所述润滑剂回流热交换器之间的所述润滑剂回流管线上。
32.根据权利要求31所述的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统还包括第二膨胀装置，所述第二膨胀装置与所述蒸发器连接并被布置成从所述第二出口接收所述润滑剂-液态制冷剂混合物。
33.根据权利要求23所述的制冷系统，其特征在于：从所述润滑剂回流热交换器到所述润滑剂-液态制冷剂混合物的热量转移引起所述润滑剂-液态制冷剂混合物中的所述制冷剂的一部分蒸发，从而导致在已经吸热的所述润滑剂-液态制冷剂混合物与流体连接到所述吸入口的管线中的制冷剂之间密度上的差异，其间密度上的差异产生了压力差，该压力差将制冷剂引导流出所述润滑剂回流热交换器。
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