CN105074357A - 用于供热通风和空气调节系统的油管理 - Google Patents

Abstract

一种供热通风和空气调节(HVAC)系统中的润滑剂管理方法包括使一定体积的压缩机润滑剂和制冷剂混合物从蒸发器流入润滑剂蒸馏器中，以及在所述混合物将所述润滑剂蒸馏器填充到选定液位时，使所述压缩机润滑剂和制冷剂混合物停止流入所述润滑剂蒸馏器中。压缩机润滑剂经由热能交换从所述混合物蒸馏出来，且当所述润滑剂蒸馏器中的压缩机润滑剂的浓度超过预定浓度水平时，停止所述蒸馏。蒸馏物被从所述润滑剂蒸馏器中迫出。

Description

用于供热通风和空气调节系统的油管理

发明背景

本文所公开的主题涉及供热、通风和空气调节(HVAC)系统。更具体地说，本文所公开的主题涉及用于HVAC系统的压缩机油管理。

HVAC系统(例如冷却器)经常使用满液式或降膜蒸发器来促进蒸发器中的制冷剂和定位在蒸发器中的许多蒸发器管中流动的介质之间的热能交换。这类系统中的压缩机需要通常经由油来润滑，以保持操作。因此，用于润滑压缩机的油的一部分与通过压缩机的制冷剂流混合，且进入流向蒸发器的制冷剂流中。当该系统处于满负载下时，蒸发器中的制冷剂被约1％至5％的油连续污染。在部分负载下，蒸发器中的蒸气速度不足以将油从蒸发器运送至吸入管线，因此油在蒸发器中累积。期望从蒸发器中移除油是出于至少两个原因。第一，需要油来润滑压缩机，因此期望使油返回到压缩机中以补充其中的供应。如果不这样做，压缩机油槽中的油最终将耗尽。第二，蒸发器中的油降低了系统特别是蒸发器的性能。

冷却器和其它HVAC系统经常包括油管理系统，试图确保将油连续供应至压缩机。这样的油管理系统通常包括喷射器，基本上是泵，其连续运行以从蒸发器移除富含制冷剂的油。该喷射器使用压缩机排出气体作为其工作流体，用于从蒸发器抽吸富油制冷剂并将其连同排出气体一起运回压缩机中。典型系统中的这种操作导致HVAC系统额外消耗约1％至2％的能量。另外，典型的油管理系统使得蒸发器制冷剂注入被约1.5％至3％的油连续污染。这种连续污染使蒸发器的总体热传递性能降低了约3％至10％。另外，在使用低压制冷剂的HVAC系统中，油污染导致制冷剂蒸气压力降低，这使得HVAC系统的能量消耗最多增加约1％。

发明概要

在一个实施方案中，一种供热、通风和空气调节(HVAC)系统包括压缩机，其中具有压缩机润滑剂流，该压缩机压缩通过其中的蒸气制冷剂流；以及可操作地连接至该压缩机的蒸发器，其包括多个蒸发器管，该多个蒸发器管中流动有一定体积的热能传递介质，用于和该蒸发器中的液体制冷剂进行热能交换。该HVAC系统进一步包括润滑剂管理系统，该润滑剂管理系统包括润滑剂蒸馏器，用于接收从蒸发器流出的压缩机润滑剂和制冷剂混合物。当蒸馏器中的混合物液位达到选定液位时，输入流控制装置被用来使该混合物停止流入润滑剂蒸馏器中，且当蒸馏物中的润滑剂浓度达到选定的浓度水平时，输出流控制装置被用来将蒸馏物从润滑剂蒸馏器迫出。

在另一个实施方案中，一种供热通风和空气调节(HVAC)系统中的润滑剂管理方法包括使一定体积的压缩机润滑剂和制冷剂混合物从蒸发器流入润滑剂蒸馏器中；以及在混合物将润滑剂蒸馏器填充到选定液位时，使所述压缩机润滑剂和制冷剂混合物停止流入所述润滑剂蒸馏器中。压缩机润滑剂经由热能交换从所述混合物蒸馏出来，且当所述润滑剂蒸馏器中的压缩机润滑剂的浓度超过预定浓度水平时，停止蒸馏。蒸馏物被从所述润滑剂蒸馏器中迫出。

通过结合附图所进行的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加明显。

附图简述

在本说明书开始处的权利要求中具体指出和明确要求了被认为是本发明的主题。通过结合附图所进行的以下详细描述，本发明的上述和其它特征和优点是显而易见的，其中：

图1是供热、通风和空气调节系统的一个实施方案的示意图；且

图2是用于HVAC系统的油管理系统的一个实施方案的示意图。

具体实施方式通过示例参照附图阐明了本发明的实施方案以及优点和特征。

具体实施方式

图1示出了供热、通风和空气调节(HVAC)单元(例如利用降膜蒸发器12的冷却器10)的一个实施方案的示意图。蒸气制冷剂流14被导引到压缩机16(例如离心或螺杆压缩机)中，然后进入冷凝器18，其输出液体制冷剂流20至膨胀阀22。在一些实施方案中，膨胀阀22输出蒸气和液体制冷剂混合物24至节热器26，然后至分离器28，其中蒸气制冷剂的部分从液体制冷剂分离并返回压缩机16中。分离器28输出的液体制冷剂被传送到蒸发器12。应该了解，在其它实施方案中，蒸气和液体制冷剂混合物24可以从膨胀阀22被直接传送到蒸发器12。

例如在所示出的降膜蒸发器中，通过多个蒸发器管30流入和流出蒸发器12的热传递介质流与在蒸发器管30上流动并流入制冷剂池32的液体制冷剂20之间发生热能交换。在其它实施方案中，蒸发器12是满液式蒸发器，其中蒸发器管30浸没在制冷剂池32中。当液体制冷剂20在蒸发器12中汽化时，蒸气制冷剂14被导引至压缩机16。

压缩机16需要润滑剂流(例如油或其它液体润滑剂)通过其中，以防止压缩机16过热和损坏。油被从油槽34提供到压缩机16。当压缩机16运作时，该油的一部分与流经冷却器10的制冷剂混合或夹入其中。可以期望防止油槽34中的供油耗尽和防止油在蒸发器12中累积，以免对蒸发器12和冷却器10的性能产生负面影响。

现在参照图2，油管理系统36的一个实施方案与冷却器10被一起示出。油管理系统36包括油蒸馏器38，喷射器40间歇性操作以减少蒸发器12中的油含量，同时相比于具有连续操作喷射器的现有技术冷却器降低冷却器10的能量消耗。为了开始油管理系统36的循环，打开蒸发器阀42，以允许制冷剂和油混合物流44流入并填充油蒸馏器38，这通常是经由重力来实现。然后关闭蒸发器阀42。打开油蒸馏器阀46，迫使温热液体制冷剂20从冷凝器18流到蒸馏器热交换器48(例如盘管)。应该了解，来自压缩机16的热气体制冷剂14可以用来代替温热液体制冷剂20。当液体制冷剂20流经蒸馏器热交换器48时，制冷剂和油混合物44沸腾。液体制冷剂20在流经蒸馏器热交换器48后被该过程过冷却并通过油蒸馏器阀46流入分离器28或者蒸发器12。油蒸馏器38中的沸腾过程产生蒸气制冷剂，其被经由蒸馏器排气孔50排放至蒸发器12。在将蒸气制冷剂排放至蒸发器后，高浓度油混合物52(例如超过50％油)留在油蒸馏器38中。当达到预定时间间隔或蒸馏器中的温度和/或压力或液位指示高油浓度时，关闭油蒸馏器阀46以停止从冷凝器18流到油蒸馏器38。阀46和42的打开和/或关闭可以通过例如定时器或通过油蒸馏器38中的温度和/或压力传感器来控制。通过打开喷射器阀54以将压缩机排出气体56导引至喷射器40中，由此从油蒸馏器38抽吸油混合物52并迫使油混合物52进入压缩机16，使油混合物52返回至压缩机16。一旦油混合物52被排到压缩机16中，通过关闭喷射器阀54停止喷射器40的操作。如上所述，喷射器阀54的打开和关闭可以经由定时操作、通过感应油蒸馏器38中的油位等来进行。应该理解，可以使用油泵来代替喷射器，前提是对系统的成本影响没有造成不利。

另外，在一些实施方案中，油管理系统36的操作频率可以由对将蒸发器12中的油浓度控制在预定值左右(例如蒸发器12中的油浓度为约1％)的需求来决定。在这样的实施方案中，位于蒸发器12中的传感器58(例如温度和压力传感器)被用来测定蒸发器12中的油浓度。应该了解，可以使用其它测量(例如折射率测量)来测定蒸发器12中的油浓度。如果油浓度超过了设定值，则通过传感器58或其它方法来触发油管理系统36的操作。类似地，当油浓度不再超过设定值时，停止油管理系统36的操作。

如上所述的喷射器40的间歇性操作相比于具有连续操作喷射器的现有技术系统提高了冷却器10的性能，因为排出气体56只在需要时才被传送到喷射器40，且因此可以在喷射器阀54关闭时流到冷凝器18。另外，降低蒸发器12处的油浓度允许提高蒸发器效率，这可以转化成蒸发器12的低材料成本，因为相当的冷却器10性能可以利用较小的蒸发器12来实现。在一些实施方案中，冷却器10的能量消耗与现有技术系统相比降低了约0.5％至1.5％，对于低压系统具有额外1％的效益，所述低压系统使用在104°F(40℃)下具有低于约45psi(310.3kPa)的液相饱和压力的制冷剂。低压制冷剂的一个示例是R245fa。另外，在一些实施方案中，蒸发器12的油浓度可以维持在低于约1％，转化成蒸发器12的材料节省在约1％至约4％之间。

虽然只结合了有限数量的实施方案详细描述了本发明，但是应该容易理解，本发明并不局限于这些公开的实施方案。相反地，可以改进本发明以并入之前未予描述，但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等效配置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但是应该理解，本发明的方面可能只包括所述实施方案中的一些。因此，本发明不应该被看作受前面的描述限制，而是只受所附权利要求书的范围限制。

Claims (23)

1.一种供热、通风和空气调节(HVAC)系统，其包括：

压缩机，其中具有压缩机润滑剂流，所述压缩机压缩通过其中的蒸气制冷剂流；

蒸发器，可操作地连接至所述压缩机，所述蒸发器包括多个蒸发器管，所述多个蒸发器管中流动有一定体积的热能传递介质，用于和所述蒸发器中的液体制冷剂进行热能交换；以及

润滑剂管理系统，其包括：

润滑剂蒸馏器，用于接收从所述蒸发器流出的压缩机润滑剂和制冷剂混合物；

输入流控制装置，用于在所述蒸馏器中的混合物液位达到选定液位时使所述混合物停止流入所述润滑剂蒸馏器中；以及

输出流控制装置，用于在蒸馏物中的润滑剂浓度达到选定的浓度水平时将所述蒸馏物从所述润滑剂蒸馏器迫出。

2.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中所述润滑剂蒸馏器进一步包括其中流动有制冷剂的润滑剂蒸馏器热交换器，用来使所述压缩机润滑剂和制冷剂混合物沸腾。

3.根据权利要求2所述的HVAC系统，其中所述制冷剂流是从所述HVAC系统的冷凝器分出。

4.根据权利要求2所述的HVAC系统，其中通过所述润滑剂蒸馏器热交换器的所述制冷剂流受润滑剂蒸馏器阀调节。

5.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中所述输出流控制装置是喷射器或泵中的一个。

6.根据权利要求5所述的HVAC系统，其中所述喷射器利用来自所述压缩机的排出气体作为工作流体。

7.根据权利要求5所述的HVAC系统，其中所述喷射器的操作是通过控制工作流体流向所述喷射器的流量的喷射器阀来调节。

8.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中所述润滑剂蒸馏器中的所述选定的润滑剂浓度由时间间隔、蒸气压力、温度或液位中的一个来指示。

9.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中所述润滑剂蒸馏器包括蒸馏器排气孔，用于将蒸气制冷剂从所述润滑剂蒸馏器排放到所述蒸发器中。

10.一种供热通风和空气调节(HVAC)系统中的润滑剂管理方法，其包括：

使一定体积的压缩机润滑剂和制冷剂混合物从蒸发器流入润滑剂蒸馏器中；

当所述混合物将所述润滑剂蒸馏器填充到选定液位时，使所述压缩机润滑剂和制冷剂混合物停止流入所述润滑剂蒸馏器中；

经由热能交换从所述混合物蒸馏出压缩机润滑剂；

当所述润滑剂蒸馏器中的压缩机润滑剂的浓度超过预定浓度水平时，停止所述蒸馏；以及

将所述蒸馏物从所述润滑剂蒸馏器迫出。

11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括在将所述蒸馏物从所述润滑剂蒸馏器迫出后，使另一体积的压缩机润滑剂和制冷剂混合物从蒸发器流入所述润滑剂蒸馏器中。

12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括经由喷射器或泵中的一个将所述蒸馏物从所述润滑剂蒸馏器迫出。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述喷射器利用来自所述HVAC系统的压缩机的排出气体作为工作流体。

14.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：

迫使热传递介质流通过所述润滑剂蒸馏器处的热交换器；和

经由与所述热传递介质的热能交换，从所述混合物蒸馏出压缩机润滑剂。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述热传递介质是从所述HVAC系统的冷凝器或压缩机分出的制冷剂流。

16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括使所述制冷剂流从所述润滑剂蒸馏器的所述热交换器流动至所述HVAC系统的分离器。

17.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括从所述润滑剂蒸馏器排放蒸气制冷剂。

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括将所述蒸气制冷剂排放到所述蒸发器中。

19.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括将所述蒸馏物从所述润滑剂蒸馏器迫向所述HVAC系统的压缩机。

20.根据权利要求10所述的方法，其中所述润滑剂蒸馏器中的所述润滑剂浓度水平由蒸气压力、温度、时间间隔或液位中的一个来指示。

21.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括测定所述蒸发器中的压缩机润滑剂浓度的水平。

22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括：当所述蒸发器中的所述压缩机润滑剂浓度超过设定值浓度时，将所述混合物迫向所述润滑剂蒸馏器。

23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：当所述蒸发器中的所述压缩机润滑剂浓度低于所述设定值浓度时，使所述混合物停止流向所述润滑剂蒸馏器。