CN105143789B - 润滑和冷却系统 - Google Patents

Abstract

用于减小油池(10)中或外壳的腔(352)中的制冷剂压力的系统。本发明对于减小已验证用于冷水机操作的热泵应用的压缩机(23)中的压力或在ORC系统使用制冷剂发电时减小涡轮机和发电机系统中的压力尤其有用，所述ORC系统基本上是反向操作的热泵应用。辅助压缩机(509)、辅助冷凝器(709)或喷射泵(609)可用于减小所述油池(10)中的压力以将制冷剂与油分离。所述辅助压缩机(509)、所述辅助冷凝器(709)或所述喷射泵(609)还可以用于减小在热泵应用中的压缩机(在所述压缩机验证用于冷水机应用的温度和压力下)以及在ORC应用中的所述涡轮机和发电机的所述外壳中的制冷剂的压力。

Description

润滑和冷却系统

技术领域

本发明通常涉及减少在制冷系统热泵和有机朗肯循环(ORC)系统中使用的润滑系统中的润滑剂中的可混溶制冷剂的量，且确切地说，涉及减少润滑油中的制冷剂的量，或可替代地，涉及减少在制冷剂回路中使用的半密闭式或密闭式电动机或发电机的外壳中的制冷剂压力，以便改进电动机或发电机的冷却。

背景技术

离心式压缩机常规地用于用来进行空气调节或处理应用的中等容量至大容量冷水机，其中离开冷冻机到达待冷却空间的冷冻水温度通常约为7℃(45°F)的量级。为了节省能源并且受益于可再生能源，对热泵的需求不断增长。在一些应用中，这种热泵的“冷源”可以处于相对高温流体处，例如，当热泵用于升高地热水的温度时。归因于各种各样的可能应用，来自热泵的蒸发器的离开冷冻水温度可以在非常宽的范围内变化，通常从5℃至60℃(41℉-140℉)。在此温度范围的低侧中，蒸发器处的条件类似于标准冷水机的条件；因此，用于这种应用的热泵的设计非常接近标准冷水机的设计。但是由于在蒸发器处的离开冷冻水温度的温度升高，因此离开冷冻水温度最终达到可以不再使用标准冷水机技术的点。

压缩机是HVAC系统中的重要部件，并且压缩机操作条件由蒸发和冷凝压力以及温度界定。一些压缩机是所谓的密闭式和半密闭式压缩机。这些压缩机单元使电动机与压缩机密封在公用外壳内部。电动机在制冷剂的氛围中操作，所述制冷剂包围和冷却电动机。半密闭式压缩机与密闭式压缩机之间的唯一主要差异在于，用于半密闭式压缩机的外壳包括可以拆卸以服务于压缩机或电动机的凸缘。密闭式压缩机通常具有较小的尺寸，与家用冰箱或窗口空调的尺寸类似。它们完全封装在密封壳体中且无法拆卸。既不是半密闭式也不是密闭式的压缩机由制冷剂回路外部的电动机驱动并且通过诸如空气或水的非制冷剂流体冷却。这些压缩机称为开放式压缩机。本发明发现对半密闭式压缩机和密闭式压缩机的具体适用性，尽管其可以发现在开放式压缩机中的使用。术语“半密闭式”、“密闭式”、“半密闭式压缩机”和“密闭式压缩机”在本文中可以互换使用。

在与蒸发压力和冷凝压力相关联的蒸发温度与冷凝温度之间的差通常约为德耳塔(Δ)50℃((Δ)90℉)的量级。在用于热泵的温度的上限中，蒸发温度可以高达60℃(140℉)或甚至更高。考虑蒸发器上的正常挤压，蒸发温度通常比来自蒸发器的离开水温度低约(Δ)2℃((Δ)3.6℉)，从而当蒸发温度为60℃时导致约62℃(144℉)的离开水温度。

使用离心式压缩机的冷水机和热泵一般使用源自碳氢化合物的合成制冷剂流体。由于环境问题，合成制冷剂的若干家族已被使用、正在被使用或在开发中，其属于CFC、HCFC、HFC或HFO的家族。现今运行的大多数离心式冷冻机使用HFC-134a。对于热泵应用的较高温度范围，倾向于使用类似HFC-245fa的低压制冷剂流体。这些HFC可能在一定程度上由未来一代氢氟烯烃(HFO)替代。

在典型的离心式压缩机的润滑回路中，从油池的下部部分收集油。油通过油泵循环且加压以将油发送到轴承以及压缩机中需要润滑的其它点，例如，用于齿轮驱动压缩机的齿轮，并且还发送到轴封。在提供润滑之后，油通过重力排出且返回到油池。在将润滑剂注入到压缩机中之前，系统通过通常位于泵排放口处的油冷却器补充。油冷却器具有消除由在压缩机中(例如，在轴承中以及在齿轮中)产生的由润滑剂吸收的机械摩擦产生的热量的效果。油加热器也安装在油池中，以在压缩机未运行时保持油足够温热，以便提供合适粘度的润滑剂以在启动时适当地使压缩机润滑。

在制冷剂回路中使用的润滑压缩机中，在油池以及润滑油回路的各个部分中，润滑油、液体存在有气体制冷剂。在离心式或往复式压缩机中，油池中的压力通常平衡于压缩机的吸入压力或与压缩机的吸入压力通气或接近压缩机的吸入压力。此功能通过从油池的上部部分收集气体制冷剂的气体平衡管执行。收集到的气体制冷剂返回到制冷剂回路的低压侧，诸如，蒸发器或压缩机吸入口。此通气的原因涉及润滑油与大多数制冷剂之间的相互混溶性，并且涉及此混溶性对油粘度的影响。油和制冷剂的共混物的粘度不仅取决于温度，而且取决于油中的制冷剂的稀释度。此稀释度取决于制冷剂和油的温度以及制冷剂气体的压力。在油中的溶液中的制冷剂的量一般倾向于随着温度减小而增加，而通过制冷剂增加稀释度倾向于减小粘度。归因于此机制，降低制冷剂和油的温度倾向于减小油粘度；这与纯油的正常趋向相反，其中对于纯油，粘度随着温度增加而减小。因此，取决于流体温度、制冷剂压力以及油和制冷剂的相互混溶性，在油中的溶液中的制冷剂和所得粘度具有复杂关系。除了具有减小油粘度的影响之外，通过油中的制冷剂的稀释可以具有其它有害影响。主要的一个影响是在压力减小或温度增加的情况下，油在回路的一些部分中起泡。这可以导致油泵的非期望的空泡或大幅度降低的润滑性，从而潜在地引起机械故障。

润滑回路中的制冷剂来自两个源。制冷剂气体的第一源处于循环油自身中。在压缩机内用于润滑目的的油的路径将油放置成与制冷剂接触。一些制冷剂可以在气相和液相两者下进入油润滑回路中。由于在制冷剂回路的多个部分中，油存在有气体制冷剂，因此油倾向于吸收一些制冷剂。来自压缩机中较高压力位置的气体制冷剂还迁移到处于低压的池。典型实例为从迷宫密封件以及迷宫密封件周围的气体渗漏。同样地，在往复式压缩机中，压缩的制冷剂气体中的一些将渗漏通过活塞环并且迁移到池中。另外，润滑过程可能诱发油的一些高搅拌，从而导致油起泡。实例包含由往复式压缩机中的曲轴箱旋转产生的高速齿轮的润滑或溅油。应注意，回油回路还可以将大量液体制冷剂引入池中，并且并不是进入池中的所有液体制冷剂都立刻闪蒸。归因于此复杂机制，一些制冷剂必须从压缩机油池中永久地移除。油池的一个目的是在油在润滑油回路中重新循环之前为油提供沉淀和释放制冷剂气泡的机会。甚至在此气体分离之后，一些制冷剂保持溶解于存在于池中的油中。在池中的油上方的蒸汽空间通常直接与压缩机吸入口通气，所述压缩机吸入口处于仅略低于蒸发器的压力的压力下。池中的略高压力促使分离的气体制冷剂再引入到处于其吸入点处的压缩机中作为蒸汽。在离心式压缩机的情况下，需要从池中移除的制冷剂的总量通常约为压缩机的总流量的1％至3％的量级。

在热泵应用中，蒸发压力倾向于基本上高于冷水机中的压力，这增加了由油吸收的制冷剂的量，从而倾向于减小油粘度并且降低其润滑性。油温度还应设定成较高值，以便将油稀释程度保持在可接受值处，从而进一步减小油粘度。为了补偿此影响，可以使用具有较高粘度的油等级。但是即使具有对于粘度的此补偿，温度上升也会产生其它问题。这些问题之一是在油温度过高时轴封和轴承失效的风险。不存在为何此问题无法在一定程度上得到解决的根本原因，但是可能需要耗时且昂贵的验证，从而产生超标且更昂贵的解决方案。因此，需要一种将补偿标准冷冻机与较高温度热泵条件之间的一些差异的系统。这还将允许超出冷冻机应用的标准空调压缩机的应用范围扩展到热泵应用。

为了保持在诸如地热系统的系统中使用的热泵的低成本并且为了最小化技术员和其它维修人员的并发情况，需要将用作高温热泵的冷冻机的设备设计和通用性保持尽可能接近用于标准冷水机系统的设备设计和通用性。然而，利用诸如在热泵应用中使用的基本上较高蒸发温度的系统产生多个问题，尤其涉及润滑系统和电动机冷却以及在采用开放式压缩机的设计中的轴封的润滑。需要一种可以减少由油吸收的制冷剂的量使得油的润滑性不受到不利影响的系统。

发明内容

本发明解决在高温下操作的压缩机中的油中的制冷剂吸收或制冷剂可溶性的问题。制冷剂系统包含压缩机、冷凝器和蒸发器。压缩机将低压制冷剂气体压缩成较高压力制冷剂气体。高压制冷剂气体冷凝成高压液体。冷凝器与蒸发器之间的膨胀阀减小高压液体的压力并且可以产生气体和液体的低压混合物，该气体和液体的低压混合物随后发送到蒸发器。蒸发器将液体的状态改变成气体同时提供冷却，并且低压气体重新发送回到压缩机。系统还包含收集用于使压缩机润滑的油的池。所述池通常位于压缩机下方或处于压缩机的低点处，以通过重力聚集来自压缩机润滑的油。尽管如上文所描述的此系统是众所周知的，但是本发明进一步包含位于油池与制冷剂系统的低压侧之间的降压装置。此装置将油池中的制冷剂气体的压力降低至基本上低于压缩机吸入口处的气体压力的压力。

降低油池中的制冷剂的压力具有减小油中的制冷剂的稀释度的效果，这具有若干有益效果。油中的制冷剂的混溶性减小减轻归因于温度/压力的油粘度的减小，从而产生较高油粘度。由于在现有技术中稀释度的减小通过增加油的温度来实现，由此引起制冷剂从油中排出，但会非期望地升高油的温度且降低其润滑性。通过降低池中的制冷剂的压力实现稀释度减小还具有减少对增加此油温度的需要的效果。此较低油温度还引起对油的粘度的更好控制以及更好润滑性。更好润滑性还降低压缩机的某些组件(如轴封和轴承)退化的风险，同时还减小油分解的可能性且延长油寿命。

本发明还提供一种用于冷却在高温热泵中使用的蒸汽压缩系统中的半密闭式压缩机的电动机的方法。不论用于电动机轴承的技术如何，可以使用本发明。这些轴承可能需要润滑或可能是无油的，例如，利用电磁轴承的无油滚珠轴承或系统。在半密闭式压缩机中，制冷剂用于以气体或液体的形式冷却电动机和轴承并且通常处于与压缩机吸入口处的条件接近的温度和压力下。在常规系统中，制冷剂发送到电动机所处的压力和相关联饱和温度不可以低于制冷剂回路中的蒸发压力。这对于在正常空气调节温度下操作的系统而言是令人满意的；但是当在较高蒸发温度下(如在高温热泵中)操作时存在对系统的限制。在这些条件下，需要通过与需要减小润滑机器的油池中的压力相同的方式减小电动机外壳中的压力。在本发明中，可以为机械装置的降压装置位于电动机与制冷剂系统的低压侧之间。降压装置用于降低用于冷却电动机和轴承的制冷剂的压力。所述装置降低冷却电动机的制冷剂的压力，所述压力基本上低于压缩机吸入口处的气体压力。所述装置可以与用于降低润滑压缩机的油池中的压力的装置相同。

在制冷剂穿过电动机时降低电动机外壳中的制冷剂压力的装置的使用具有将用于冷却电动机的制冷剂流体保持在低温下的有益效果，即使蒸发器中的蒸发温度和压力由于较高热泵温度而增加。电动机中减小的压力还可以提供由旋转部分的速度产生的气体摩擦功率的减小，进而引起较低摩擦损耗，从而进一步有助于减少电动机发热且促进电动机冷却。除了冷却电动机之外，制冷剂可以有益地用于冷却也位于电动机外壳中的轴承。这些轴承可以是不需要润滑但产生热量的电磁轴承，或通常需要润滑但是可以是无油的但产生机械热的机械轴承。

不仅在本发明中阐述的设备可以在经历较高温度时从制冷机应用扩展到热泵应用，本发明还可以适用于有机朗肯循环(ORC)应用中的涡轮机和发电机驱动管线。本发明的即使在经历用于热泵应用的较高温度时提供电动机冷却的能力扩展对于目前用于制冷机应用的设备的热泵应用的用途。本发明还可以用于提供对用于利用半密闭式涡轮机/发电机的有机朗肯循环应用中的发电机的冷却。在ORC应用中，除了反向之外，ORC涡轮机系统以与制冷系统中的压缩机基本上相同的方式操作。ORC涡轮机系统将机械功率转换成电力，而在制冷或热泵系统中，电力用于产生机械功率以驱动压缩机。ORC涡轮机与先前描述的热泵系统相反地操作并且利用热泵或制冷剂应用中的压缩机的等效物。有机流体通常与热泵应用中使用的流体同族，其包含例如HFC-245fa的制冷剂。热源是在相对低温下提供的余热，通常在90℃至250℃(194℉至482℉)的范围内。

现在参考图16，由于ORC系统与热泵系统相反地运行，因此本领域普通技术人员还将认识到，在ORC循环中称为锅炉的蒸发器27-ORC在高压下煮沸有机液体(制冷剂)以将其转换成高压蒸汽。涡轮机23-ORC使高压有机蒸汽膨胀成低压蒸汽，同时驱动发电机。发电机可以是外部装置。或者，如图16中所描绘，电动机可以与发电机可逆地运行，用于此类装置中的永磁体电动机也可以如此。涡轮机/压缩机电动机可以具有半密闭式设计或涡轮机可以进行润滑。低压下的有机蒸汽在穿过涡轮机23-ORC之后在冷凝器25-ORC中经历状态的改变，其依赖于冷源(例如，环境空气)或可用水源(河、湖、海洋、蓄水层、冷却塔)使用热传递机制转换成低压液体。低压有机液体随后通过液体泵31-ORC压缩且返回到蒸发器或锅炉作为高压有机液体。显而易见，在ORC系统中，回路的高压侧和低压侧与热泵或制冷剂系统中的高压侧和低压侧相反，高压处于蒸发器侧上而不是热泵或制冷系统中的冷凝器侧上，并且低压侧处于冷凝器侧上而不是热泵或制冷系统中的蒸发器侧上。在液体侧上，ORC系统利用液体泵31-ORC升高低压液体的压力并且将低压液体返回到蒸发器而不是用于减小热泵或制冷系统中的高压液体的压力的膨胀阀31。

与用于热泵的“开放式”压缩机系统(其中外部电动机驱动独立的润滑压缩机)类似，用于ORC系统的涡轮机通常与发电机分离，如图16中表示。归因于两个系统中的相同温度、流体和油混溶性特性，使高温热泵系统中润滑压缩机遇到的问题与ORC涡轮机中遇到的问题类似。所述问题是相同的，由于有机流体(制冷剂)仍可混溶于油中，因此本发明还在ORC系统中可操作以实现基本上相同的结果，所述油用于使压缩机等效物(涡轮机)润滑并且油和制冷剂的混合物发送到池10。在目前先进技术系统中，通常位于润滑涡轮机23-ORC下方的池10处于与压缩机等效物(涡轮机)基本上相同的压力下。根据本发明，池10设定在低压处。此压力差将有机流体/制冷剂与润滑剂分离，具有减少的制冷剂的润滑剂回收用于润滑任务，并且在分离之后此压力差将有机流体/制冷剂传递到系统中的低压点，此处在涡轮机排气口与冷凝器侧上而不是热泵/制冷剂系统(其中制冷剂可以冷凝)中的蒸发器侧上的冷凝器25-ORC之间，或如果制冷剂在低压下处于液态，在涡轮机排气口与液体泵31-ORC之间。

正如热泵可以采用半密闭式电动机，ORC传动系统也可以是半密闭的，其使用可以与发电机可逆地运行的电动机技术，用于此类装置中的永磁体电动机也可以如此。随后，用以扩展用于热泵应用的制冷剂的电动机冷却能力的用于电动机冷却的降压装置也可以以相同方式用于ORC系统中的发电机冷却。也就是说，制冷剂用于将电动机和电动机腔从由电动机的操作产生的热量冷却。在图10至15中示出的降压装置或节流装置(例如，用于热泵应用中)经控制以将供应到发电机腔的制冷剂的压力保持在预设值处，优选地低于系统的低压侧的压力，并且将制冷剂提供到所述腔作为两相流体。提供到节流装置的制冷剂的源可以为低压液体或高压液体。通过ORC系统，冷凝器处于系统的低压侧上，使得制冷剂气体可以引导通过外壳到达系统的低压区。

正如在热泵应用中操作的系统中，对于ORC系统，需要将发电机腔中的压力保持在涡轮机入口处的压力以下的预设值，例如，保持在对应于对于给定制冷剂的所需压力的饱和温度20℃。图16是现有技术ORC系统的示意图，膨胀器/涡轮机是热泵应用中的压缩机的等效物。ORC系统不同于用于多个电厂中的常见涡轮机系统，因为如上文所描述那些系统不是封闭的，利用不具有制冷剂的水且在显著较高温度下操作。ORC系统利用比用于水/水蒸汽发电机应用中的机器更紧凑的机器。

本发明的其它特征和优点将因结合附图获得的优选实施方案的以下更详细描述而变得明显，所述附图通过实例说明本发明的原理。

附图说明

图1是典型的众所周知的制冷系统的示意图，但所述示意图具体来说描绘油池。

图2是描绘相关联池系统的现有技术压缩机的截面图。

图3是现有技术压缩机润滑回路的简化示意图。

图4是本发明的压缩机润滑回路的简化示意图。

图5是利用辅助压缩机的本发明的压缩机润滑回路的实施方案的简化示意图。

图6是利用喷射泵的本发明的压缩机润滑回路的实施方案的简化示意图。

图7是利用辅助冷凝器和液体泵的本发明的压缩机润滑回路的实施方案的简化示意图。

图8是用于冷却具有附接在转子轴的任一端处的离心式压缩机的压缩机电动机的现有技术冷却方案的截面图。

图9是图8中所描绘的电动机和压缩机的简化示意图。

图10是用于在图8中描绘的电动机的本发明的实施方案的简化示意图，使用具有与电动机腔连通并且在制冷系统中的低压点中间的降压装置的电动机冷却布置。

图11是图10的实施方案的简化示意图，用于利用喷射泵的本发明的电动机冷却布置。

图12是图10的实施方案的简化示意图，用于利用辅助冷凝器的本发明的电动机冷却布置。

图13是图12的电动机冷却布置的变型，利用连接到冷凝器的一对容器以将流体从辅助冷凝器返回到蒸发器。

图14是图10的电动机冷却布置的变型，结合热膨胀阀而不是固定节流孔利用辅助压缩机。

图15是图10的电动机冷却布置的另一实施方案。

图16是有机朗肯循环系统的现有技术示意图，描绘与图1中所描绘的系统相反的操作。

具体实施方式

图1是描绘与冷凝器25流体连通的电动机/压缩机23的典型制冷系统的示意图，所述冷凝器25与蒸发器27流体连通。制冷剂气体在压缩机23中压缩到较高压力。在流动到冷凝器25之后，高压制冷剂气体经由热交换冷凝成高压液体，未示出。高压制冷剂液体随后发送到蒸发器27。在冷凝器25和蒸发器27中间的膨胀阀31将高压制冷剂液体膨胀成雾状物，所述雾状物是气体和液体在较低的温度下的混合物。在蒸发器27中，当液体制冷剂雾状物从液体到气体改变相时，液体制冷剂被蒸发，从热交换流体吸收热量。冷却的热交换流体可以直接发送到建筑环境或间接发送到中间媒介(例如，用于存储冷冻水的冷冻机)直到需要为止。已经历相变的来自蒸发器27的制冷剂气体处于低压下并且充当用于压缩机23的制冷剂气体源。在图1中还描绘池10，所述池10从压缩机23的操作中收集油并且对压缩机23的正常运行至关重要。如所示的，池10在压缩机下方，使得润滑油通过重力流到池10。

图2是现有技术离心式压缩机和相关联池系统的截面图。图2描绘压缩机23和油池10。一些润滑油保留在储油区32中，既定用于在电源故障的情况下在减速试验期间保持一些油供应。压缩机23包含从低压源接收制冷剂气体的入口34，低压源典型地为蒸发器(图1中示出)。制冷剂气体在传送到蜗壳38之前通过叶轮36压缩。提供润滑以使轴封40、主轴颈和推力轴承42、止推环44、双波纹管轴封46、低速齿轮后轴承48、行星齿轮轴承50、止推环轴承52和低速齿轮54润滑。由于少量加压制冷剂气体总是从叶轮36泄露到上文所描述的各种润滑组件中，因此润滑剂和制冷剂彼此接触。在使压缩机润滑之后，润滑剂/制冷剂混合物通过重力穿过管道56排放到池10中。尽管在重新循环之前沉淀在油池10中，但是取决于池中的压力和温度条件，制冷剂气体从超过稳态可溶性的混合物中释放。尽管难以测量在任何一个时刻处可以在池10中收集的制冷剂的精确量，但是估计由油吸收并且应在池10中分离的制冷剂约为压缩机总流量的1％至3％。为了在压缩机停止后在油冷却时避免非期望的油粘度，提供油加热器57，从而将润滑剂加热或保持在预定温度范围内，使得一旦压缩机23启动时油具有适当粘度。流体由潜水泵60从池10泵送并且发送到油冷却器62，所述油冷却器62仅在油高于其预定操作温度时激活。与池中的油分离的制冷剂气体通过放气管102(参看图3)发送到压缩机入口34，同时仍可以包含可混溶制冷剂气体的油发送到储油区32，其中油计量到压缩机用于润滑目的，在此之后重复润滑循环。

在其中蒸发压力和温度倾向于大致高于冷水机中的蒸发压力和温度的热泵系统中，油温度也应设定成较高值，以便将油稀释度保持在可接受值。由于此较高温度，如果相同等级油用于冷水机系统中，则油粘度将减小。具有较高粘度的油等级可以用于补偿在热泵系统中经历的较高温度。但是即使具有对于粘度此补偿，在此热泵系统中的油的温度升高产生其它问题。这些问题之一是如果油温度应变得过高则具有破坏轴封和轴承的风险。本发明提供一种补偿由于也影响油温度的操作温差而产生的标准冷冻机与较高温度热泵的操作之间的一些差异的系统。本发明应通过较小的便宜的变型将在冷冻机应用中使用的当前标准压缩机系统的应用范围扩展到热泵应用。

图3是现有技术图2的截面图的简化版本，其示出简化的润滑循环示意图(出于说明的目的)，其中润滑剂和可混溶制冷剂通过管道56从压缩机23排放到池10，且随后处于池压力下的制冷剂气体沿着气体管道102返回到压缩机入口，同时具有可混溶制冷剂的润滑剂沿着管道104返回到压缩机23。

尽管图3至7是描绘现有技术和由本发明提供的改进的简化示意图(出于说明的目的)，但是图2中所描绘的润滑回路的操作所需的特征还存在于在图4-7中表示的回路中，尽管添加新颖的降压装置409，如本说明书中阐述。

图4再次使用简化示意图提供本发明的简化版本。在图4中，降压装置409位于池10与压缩机入口34之间，以从池中吸入制冷剂气体，同时减小池中的制冷剂气体的压力。尽管降压装置409示为通过连接件411连接到压缩机23的入口，但是其并未因此受到限制，并且如本领域技术人员将认识到，降压装置409可以连接到制冷回路的任何低压点。此低压点通常来说是蒸发器27，但是可以是在蒸发器27或蒸发器入口与压缩机入口34之间(包含压缩机入口34)到系统的任何连接。降压装置409能够降低油池中的制冷剂气体的压力(和温度)。如先前阐述，降低油池10中的制冷剂气体的压力具有减小油中的制冷剂的稀释度的有益效果，由此减缓油粘度的减小同时提供轴封和轴承的适当润滑。降低油池中的制冷剂压力开始合并若干组合益处的“良性循环”，所述益处中的一个是制冷系统21在较高蒸发温度和压力下(例如，在热泵条件中遇到)操作的能力。当在此热泵条件下操作时，用于压力减小的目标是当作为冷水机操作时将油池气体压力设定成与相同压缩机的验证范围一致的值。因此，如果给定类型的压缩机通过给定制冷剂验证，例如，用于20℃(68℉)的蒸发温度，那么目标将设定对应于热泵操作中的20℃饱和温度的池压力，以便关于制冷机将所有润滑参数设定在相同标准值。当然，这并不足以保证机器将是可靠的。尽管这种处理方法无法解决在转换用于在高温热泵应用中使用的制冷机应用的标准压缩机时的所有问题，因为例如设计压力、轴功率、轴承负载等其它参数必须进行验证，但是与润滑相关联的问题应该得到解决。尽管未在图4的简化版本中示出如图2中示出的系统的所有细节，但是应理解，图2中示出的系统的所有细节也可以在图4的简化系统中，不同之处在于新颖的降压装置409包含在池与制冷系统21的低压点之间。

油池中的压力减小可以通过不同方式实现。图5再次使用用于本发明的图示的简化示意图描绘本发明的实施方案的简化版本。尽管未在图5的简化版本中示出如图2中示出的系统的所有细节，但是应理解，图2中示出的系统的所有细节也可以在图5的简化系统中，不同之处在于降压装置409包含在池与制冷系统21的低压点之间。在图5中，降压装置是位于池10与压缩机入口34之间的小型额外“辅助”压缩机509，以从池10中吸入制冷剂气体同时减小池中的制冷剂气体的压力。辅助压缩机509具有其连接到油池10的气体体积的吸入侧以及其连接到，例如，压缩机23的压缩机入口34的排放侧。在此实施方案中，辅助压缩机509的容量受到控制，其方式为使得所述辅助压缩机509将油池10中的制冷剂压力保持在如上文所描述的预先选定值(例如，对应于在以上实例中的20℃下的制冷剂流体的饱和压力)。如上文所论述并且本领域技术人员认识到，辅助压缩机509的排放口也可以连接到制冷系统21中的任何低压点，例如，蒸发器27或在蒸发器27与压缩机入口34之间的任一点，如图1所示。

尽管辅助压缩机509的使用在概念上是简单的，但是其也具有一些缺点。除了其额外的制造和操作成本之外，辅助压缩机509也是具有可能的可靠性和维修问题的机械组件。另外，其操作成本，具体来说能量消耗可能相当大。此外，在可变操作条件的情况下，关于此辅助压缩机509的使用的容量控制可能是成问题的。然而，在制冷系统21中使用辅助压缩机509是减少池10中的制冷剂的可行选择。

在图6中所描绘的另一实施方案中，在本发明的一个实施方案的简化示意图中，还称为射流泵的喷射泵609被描绘为与池10相关联的降压装置。同样，未在图6的简化版本中示出如图2中示出的系统的所有细节，并且应理解，图2中示出的系统的所有细节也可以在图6的简化系统中，不同之处在于喷射泵609位于池10与制冷系统的低压点之间。在图6中，如果需要，来自与冷凝器25流体连通的管道615的高压气体在穿过膨胀阀(未示出)之后，用于提供能量以操作喷射泵609。在喷射器出口处，来自冷凝器25的此高压制冷剂流体和从油池10泵送的低压气体的混合物发送到制冷系统中的低压点，优选地蒸发器。尽管在图6中示为经由管道611与压缩机入口34直接流体连通(与图4和5的一致性)，但是低压点可以在处于低压下的压缩机23与蒸发器27之间的任何中间位置处，如先前所论述。使用喷射泵的此实施方案的优点在于，其避免移动部件，例如，通过使用图5的辅助压缩机509所发现。此实施方案的确具有缺点，因为喷射泵609通常具有相对差的效率并且因此使制冷系统的能量效率损失。然而，在制冷系统21中使用喷射泵609是减少池10中的制冷剂的可行选择，同时允许润滑系统与见于热泵应用中的较高温度系统操作。

在图7中所描绘的本发明的一个优选实施方案中，在本发明的一个实施方案的简化示意图中，辅助冷凝器709被描绘为与池10相关联的降压装置。同样，未在图7的简化版本中示出如图2中示出的系统的所有细节，并且应理解，图2中示出的系统的所有细节也可以在图7的简化系统中，不同之处在于辅助冷凝器709包含在池10与制冷系统的低压点之间。在图7中，来自池10的制冷剂气体经由管道713与辅助冷凝器709流体连通。来自池10的气体进入辅助冷凝器709，其中所述气体与流过冷却回路715的冷却流体处于热交换关系。冷却回路715中的冷却流体冷却制冷剂气体，从而将所述制冷剂气体从气体冷凝到液体，液体制冷剂经由管道730发送到流体存储空间717。

辅助冷凝器709经选择以提供等于油池10中的所需制冷剂压力的冷凝压力。这需要辅助冷凝器709中的制冷剂气体通过处于低于热泵的冷源的温度下的冷却流体进行冷却。例如，如果辅助冷凝器709中的所需冷凝压力对应于20℃(68℉)饱和温度，那么辅助冷凝器709优选地通过具有约12℃(约54℉)的进入温度以及约18℃(约64℉)的离开温度的水冷却。冷却水可以从任何可用冷冻水源以及从所需温度范围内的地下水中提供。辅助冷凝器709中的冷凝压力可以通过改变通过辅助冷凝器709的冷却回路715的冷却流体的流量和/或温度来控制以保持油池10中的所需气体压力。如图7中所描绘，用于经冷凝制冷剂的流体存储空间717可以是如图所示的独立容器，或者可以是与辅助冷凝器709一体化的独立存储空间。

根据系统的原理，与主要制冷剂回路中的压缩机入口与蒸发器相比，流体存储空间717处于较低压力下。为了避免在流体存储空间717中液体制冷剂的累积，制冷剂必须通过由液位传感器721控制的泵719从流体存储空间717泵送回到制冷剂系统21。此泵719具有其连接到流体存储空间717的吸入侧以及其与制冷剂系统21流体连通的排放侧。为了减小泵的头部和所吸收功率，优选的是将泵排放口设定成主要制冷剂回路21的低压部分。尽管如先前关于图3-6所论述，此低压区可以是压缩机入口34，但是图7将低压区描绘为膨胀阀31与蒸发器27之间的管道，尽管制冷剂可以发送到任何适宜点处的低压区，例如，在膨胀阀31与压缩机吸入口34之间。通常还需要避免将制冷剂液体从流体存储空间717直接发送到压缩机吸入口34(入口)中，以避免压缩机23的液体溢流。因此，在将此液体制冷剂供应到蒸发器27(例如，在蒸发器27的液体入口处)时，沿着膨胀阀31与蒸发器27之间的管道的位置是所期望的且优选的制冷剂输入端。更具体来说，如果蒸发器27具有干燥膨胀技术(壳体和管子或板式热交换器)，那么需要在蒸发器入口处将液体制冷剂排放到主要液体管线中。如果蒸发器27为满液式、降膜式或混合降膜式，那么替代方案是在远离吸入管的位置处将液体直接排放在蒸发器壳体中以避免液体遗留在压缩机入口34。

还提供控制泵719的操作的装置，在图7中描绘为液位传感器721。所需布置是使流体存储空间717位于辅助冷凝器709的出口处，从而允许液体制冷剂通过重力从辅助冷凝器709流动到流体存储空间717中。此体积可以包含在与辅助冷凝器709相同的壳体中，或可以作为独立容器。此存储空间中的液位通过包含控制环路的液位传感器感测，所述液位传感器简单地描绘为液位传感器721。液位传感器721的此控制环路部分管理泵719的操作，以便将流体存储空间717中的液位保持在预定的预设可接受极限内。泵719可以具有变速驱动器，其中速度由液位传感器721的控制环路控制，或者所述液体泵还在相同控制环路的控制下可以仅具有开/关操作序列。

在另一实施方案中，泵719可以由纯静态泵送系统替代。在此实施方案的一个变体中，静态泵送系统可以利用通过来自冷凝器25的高压气体提供动力的喷射泵609。来自流体存储空间717的泵送液体和来自冷凝器25的高压气体的混合物返回到蒸发器27。在此实施方案的又另一变体中，两个流体存储空间717可以位于辅助冷凝器709下方，每一个具有入口(A)，其连接到辅助冷凝器709的排放口以接收经冷凝的制冷剂液体；入口(B)，其经连接以从蒸发器或冷凝器25接收气体，并且每一个具有连接到蒸发器27的出口(C)。这些连接中的每一个具有可以打开或关闭的自动阀门。所述系统“分批地”操作，使用本领域技术人员已知的原理由控制电路激活。如与半密闭式电动机的冷却相关联，此系统还在图13中展现。

这些实施方案中的任一个能够将制冷剂从润滑的压缩机中的油中移除并且不限于与离心式压缩机一起使用。本发明还可以发现与往复式压缩机、涡旋式压缩机以及如ORC系统中使用的涡轮机一起使用，其中的每一个都需要润滑。辅助压缩机509或喷射泵609可以有利地用于从这些单元中的油中移除制冷剂，如上文所描述。这些组件可能需要大量功率消耗或否则使系统效率损失。辅助冷凝器709具有另外的优点：假定处于所需温度的水可用则不需要功率来操作。但是还需要泵719在蒸发压力下或靠近蒸发压力将经冷凝的制冷剂液体传递到制冷剂系统21。尽管这确实需要少量功率，但是所述功率显著小于辅助压缩机509的操作所需的功率并且不会对整个系统效率造成例如通过喷射泵609的操作的损失。

上文参考图4-7所描述的用以将制冷剂与润滑系统分离的降压装置还可以经调适以用于制冷回路中，从而扩展用于冷却半密闭式电动机的制冷剂流体的操作极限。这些降压装置409可以有利地用于通常在与制冷机系统相比较高的温度下操作的热泵系统中。这些降压装置409扩展制冷剂的电动机冷却能力，从而准许制冷机系统设备用于热泵应用。在这些系统中，制冷剂用于使电动机和电动机腔从由电动机的操作产生的热量冷却。电动机外壳中的以及围绕不具有这些降压装置的电动机定子的线圈中的压力几乎等于或略高于蒸发器中的压力。但是，降压装置经控制以将电动机腔中的压力保持在预设值，所述预设值小于压缩机入口的压力并且优选地低于蒸发器的压力，因此可以通过外壳吸入制冷剂气体。对于在热泵应用中操作的系统，需要将电动机腔中的压力保持在小于压缩机入口处的压力的预设值，例如，保持在与给定制冷剂的所需压力相对应的饱和温度20℃。这些值通常对应于当系统充当冷水机系统时验证压缩机所处的温度。

图8描绘如在转让给本发明的受让人的现有技术专利申请WO 2012/082592 A1中所阐述的用于冷却驱动压缩机的半密闭式电动机350的现有技术冷却方案。在图8的电动机的截面图中，示出离心式压缩机376，其中在一个优选实施方案中叶轮91附接到电动机轴杆128的任一端，但本发明并不限于此，因为电动机冷却方案可以与在制冷回路中由半密闭式电动机驱动的任何类型的压缩机一起使用并且并不需要在轴杆128的两端处的压缩机附接，如图8中所描绘。在图8中，经由管线78将来自冷凝器的液体制冷剂提供到膨胀装置80，所述膨胀装置80减小液体制冷剂的压力和温度，优选地将液体制冷剂转换成雾状物，如先前所定义的，制冷剂液滴和气体的混合物。制冷剂混合物随后进入电动机的制冷剂入口81中，所述电动机的制冷剂入口81进入电动机外壳382中，所述电动机外壳382经气密密封以防止气体(制冷剂)跨越其边界泄漏。

包括电动机定子88和电动机转子129的电动机350的操作产生热量。电动机定子88、电动机转子129和轴杆128位于电动机外壳382内的腔352中。转子129附接到轴杆128，并且电动机定子88中的交替电场使转子129和轴杆128旋转。在图8中还描绘了处于电动机轴杆128的任一端处的轴承90，所述轴承90在操作期间支撑转子129。在图8中，这些轴承90被描绘为机械轴承，但是如本领域技术人员认识到，这些轴承90还可以是磁性轴承。与电动机350类似，磁性轴承通过强磁场操作并且也产生热量。因此，无论轴承90是磁性轴承还是机械轴承都在电动机外壳382内产生热量。通过电动机的制冷剂入口81引入到电动机外壳382中的制冷剂用于从电动机350和轴承90两者中移除热量。

在此具体实施方案中，在通过电动机的制冷剂入口81进入电动机外壳382之后，制冷剂进入围绕电动机定子的线圈中，所述制冷剂从电动机定子88移除热量。制冷剂随后进入将制冷剂传送到次级腔380的管线378中。进入次级腔380的制冷剂可以为雾状物，也就是说，所述制冷剂是处于两个相的制冷剂。液相384通过重力分离到次级腔380的底部并且经由管线388通过第一电动机外壳出口386发送到蒸发器27。管线388可以包含约束件390，例如，固定节流孔或控制阀，以控制制冷剂液体的流量。约束件390防止制冷剂气体经由此路径与液相一起传递出电动机。进入次级腔380的剩余制冷剂作为气体穿过孔口108并且重新进入电动机腔352，其中所述制冷剂在定子88与转子129/轴杆128之间传递，如通过图8中的箭头所描绘，从而从这些组件中移除热量。一些制冷剂还通过轴承90，从而移除热量并且冷却所述轴承。在制冷剂从定子88和电动机128/转子129移除热量时，制冷剂穿过定子88与电动机128/转子129之间的间隙。制冷剂气体随后直接或在穿过轴承90周围之后经由管道392通过设置在第二电动机外壳上的制冷剂出口387循环回到蒸发器27。这是使用液体、气体或两相制冷剂的组合循环电动机中的制冷剂以冷却其各种组件的多个可能方法中的一个。尽管各种配置是可能的，但是现有技术系统具有以下共同点：电动机外壳中压力接近制冷回路的蒸发压力。

在现有技术冷却布置中，电动机腔352中以及围绕定子88的线圈中的压力几乎等于蒸发器27中的压力。电动机中的一个热源是由旋转部分的速度产生的气体摩擦功率。此功率随着气体密度的增加而增加。因此，电动机350中的较高气体压力产生促进电动机的进一步加热的较高摩擦损耗。此外，电动机外壳中的气体温度等于或大于电动机外壳内的制冷剂的饱和温度和压力。最终，围绕定子的线圈中的制冷剂的蒸发温度至少等于电动机外壳中的饱和压力。结果是当蒸发器中的温度和压力增加时，电动机中的温度和压力也增加。因此，尽管对用于冷水机的半密闭式压缩机应用有用，但是现有技术冷却布置并未用于高温热泵应用中，因为无法通过保持这些温度和压力设置来提供所需冷却。

当电动机腔中的制冷剂的压力低于压缩机入口34处的压力或蒸发器27的压力时，使用制冷剂的冷却布置可以成功。降低电动机腔352中的制冷剂的压力减少气体摩擦损耗并且改进电动机冷却。当在热泵条件下操作时，用于压力减小的理想目标是当作为冷水机操作时将来自电动机腔的制冷剂的压力设定成与相同标准机器的验证范围一致的值。举例来说，如果给定类型的压缩机和相关联的半密闭式电动机在制冷机应用中通过给定制冷剂验证用于最大蒸发温度20℃，那么目标将为在热泵操作中将电动机腔设定成20℃饱和温度。当然，这并不足以保证电动机冷却将是可接受的。多个其它参数必须进行检查和分析，例如，设计压力、轴杆功率、轴承负载等；但是提供电动机冷却问题的解决方案。

电动机腔352中的制冷剂的压力减小可以通过不同方式实现。此压力减小可以使用上文所描述的用于油池10中的压力减小的相同设备来实现。

图9是图8的简化版本，示出用于通过电动机350的制冷剂液体的从电动机的制冷剂入口81的回路。管线388中的液体制冷剂穿过约束件390到达管道392，所述管道392将制冷剂引导到蒸发器27。

图10再次使用简化示意图描绘本发明的实施方案。尽管未在图10的简化版本中示出如图8中示出的系统的所有细节，但是本领域技术人员应理解，图8中示出的系统中的关于电动机350的所有细节也可以包含在图10中所描绘的本发明的实施方案中。此省略的细节不需要用来理解图10中所描绘的改进。一般地，图10描绘与电动机腔352连通的降压装置409，降压装置409在制冷系统中的低压点与电动机腔中间。在图10中，制冷系统10中的此低压点可以为如所示的蒸发器27，但是其也可以是压缩机吸入口(即，入口34)或其它低压点。在图14中，降压装置409是位于电动机350与蒸发器27或压缩机入口34之间的小型额外“辅助”压缩机509以从电动机腔352吸入制冷剂。在图14中所描绘的布置中，期望不应采用根据图10的示意图，因为图10的布置预期一些液体通过孔390流入降压装置409的入口中，当此装置是具有压缩机溢流的相关联潜在性的辅助压缩机(例如，在图14中所预期的)时这并不可接受。为了避免这个问题，必须提供避免在电动机的制冷剂入口81处通过孔发送过量液体的装置。在图14和15中阐述此实施方案的实例，图14和15，不同之处在于如何控制通过膨胀阀802进入电动机腔的流体。在图14中，图10的回路如下进行变型：在图10中阐述的电动机的制冷剂入口81处的固定节流孔包含用于减少到定子线圈的制冷剂流量的热力膨胀阀802。在图10中阐述的固定节流孔390由用于减少到定子88的制冷剂流量的热力膨胀阀802替代。与膨胀阀802相关联的传感器804(其可以是温度传感器)可以位于管线378上，或处于电动机外壳上的任何适宜位置处。通过此布置，仅一些气体从电动机外壳382离开且通过管线378进入次级腔380。液相384被移除并且在次级腔380中的液体被移除时液体管线388可以移除，如图14中示出。因为减少量的制冷剂通过膨胀阀802进入外壳382，所以减少量的制冷剂气体通过管道392从压缩机外壳382离开，从而确保在辅助压缩机的吸入口处不存在液滴，如所需要的。

在此实施方案中，降压装置409(图15中的辅助压缩机509)的容量受到控制，其方式为使得其将电动机腔352中的压力保持在预先选定值处。此预先选定值可以对应于给定制冷剂的最大蒸发温度，在作为冷水机操作时所述温度可以与用于在热泵条件下作为标准压缩机操作的压缩机的温度相同。例如，压力可以设定成对应于20℃的温度。如上文所论述并且如本领域技术人员认识到，降压装置409(例如，辅助压缩机509)的排放口还可以连接到制冷系统21中的任何低压点，例如，如图1中示出的蒸发器27。在图15的示意图中，液体确实汇集在次级腔380中，但是液位由液位控制件805监视，液位控制器805进而控制热力膨胀阀802，所述热力膨胀阀802控制进入电动机外壳382的制冷剂。

尽管辅助压缩机的使用在概念上是简单的，但是其也具有一些缺点。除了其额外的制造和操作成本之外，辅助压缩机也是具有可能的可靠性和维修问题的机械组件。另外，其操作成本，具体来说能量消耗可能相当大。此外，在可变操作条件的情况下，关于此辅助压缩机的使用的容量控制可能是成问题的。然而，在制冷系统21中使用辅助压缩机是减小电动机腔352中的制冷剂压力的可行选择。

在图11中所描绘的另一实施方案中，在本发明的一个实施方案的简化示意图中，还称为射流泵的喷射泵609被描绘为与电动机350相关联的降压装置409。同样，未在图11的简化版本中示出如图8中示出的系统的所有细节，并且应理解，图8中示出的系统的所有细节也可以在图11中示出的简化示意图中，不同之处在于喷射泵609位于电动机350和电动机腔352与制冷系统的低压点之间。在图11中，如果需要，来自与冷凝器25流体连通的管道615的高压气体在穿过膨胀阀之后用于提供能量以操作喷射泵609。在喷射泵出口处，来自冷凝器25的此高压制冷剂流体和从电动机350泵送的低压制冷剂的混合物发送到制冷系统中的低压点，优选地蒸发器27。制冷剂可以经由如图11中示出的管道611与压缩机入口34直接流体连通，或者低压点可以处于蒸发器入口与压缩机入口34之间的任何中间位置处。此实施方案的优点在于，其避免移动部件，例如，通过使用上文所论述的辅助压缩机509所发现。利用例如如11中所描绘的喷射泵609的实施方案确实具有缺点，因为喷射泵609通常具有相对差的效率并且因此使制冷系统的能量效率损失。然而，在制冷系统21中使用喷射泵609是降低电动机350中的制冷剂压力并且将制冷剂返回到制冷剂回路的可行选择，同时允许制冷剂在通过见于热泵应用中的较高温度系统操作时冷却电动机。

在图12中所描绘的本发明的一个优选实施方案中，在本发明的一个实施方案的简化示意图中，小型辅助冷凝器709被描绘为与电动机350和电动机腔352相关联的降压装置。同样，未在图12的简化示意图中示出如图8中示出的系统的所有细节，并且应理解，图8中示出的系统的所有细节也可以在图12的简化系统中，不同之处在于辅助冷凝器709包含在电动机350与制冷系统21的低压点之间。在图12中，来自电动机350的制冷剂通过管线388和约束件390以及通过管道392与辅助冷凝器709流体连通。来自电动机350的制冷剂进入辅助冷凝器709，其中所述制冷剂与流过辅助冷凝器709的冷却回路715的冷却流体在辅助冷凝器709处处于热交换关系。冷却回路715中的冷却流体冷却制冷剂气体，从而将所述制冷剂气体从气体冷凝到液体，所述液体发送到流体存储空间717。

辅助冷凝器709经选择以提供等于电动机350的腔中的所需制冷剂压力的冷凝压力。这需要辅助冷凝器709中的制冷剂气体通过处于低于热泵的冷源的温度下的冷却流体进行冷却。例如，如果所需冷凝压力对应于20℃(68℉)饱和温度，那么辅助冷凝器709优选地通过具有约12℃(约54℉)的进入温度以及约18℃(约64℉)的离开温度的水冷却。冷却水可以从任何可用冷冻水源以及从所需温度范围内的地下水中提供。冷凝压力可以通过改变通过辅助冷凝器709的冷却回路715的冷却流体的流量和/或温度来控制以保持电动机350的腔中的所需气体压力。如图12中所描绘，流体存储空间717可以是如所示的独立单元，或者可以是与辅助冷凝器709一体化的独立存储空间。不管流体存储空间717的位置如何，流体存储空间中的液体制冷剂可以通过由液位传感器721激活的泵719便利地从流体存储空间717泵送。

一旦来自电动机350的腔的制冷剂已冷凝且发送到流体存储空间717，所述制冷剂可以通过泵719泵送回到制冷剂系统21，所述泵719具有其连接到流体存储空间717的吸入侧以及其与制冷剂系统21中的低压区连通的排放侧，以减小泵的头部和所吸收功率。尽管如先前关于图10和11所论述此低压区可以是压缩机入口，但是不期望将液体发送到压缩机入口，因为这可以使压缩机充满液体制冷剂。因此，制冷剂泵期望应循环到系统的低压区，例如，循环到膨胀阀31与蒸发器27(参看图1)之间的管道或循环到蒸发器27，例如，在蒸发器27的液体入口处，尽管制冷剂可以发送到任何适宜点处的低压区。如先前所论述，这减小泵的头部和所吸收功率，因为其将此液体制冷剂供应到蒸发器27。更具体来说，如果蒸发器27为干燥膨胀技术类型的(壳体和管子或板式热交换器)，那么需要在蒸发器入口处将液体制冷剂排放到主要液体管线中。如果蒸发器27为满液式、降膜式或混合降膜式，那么替代方案是在远离吸入管的位置处将液体直接排放在蒸发器壳体中以避免液体遗留。

还提供控制图12中所描绘的泵719的操作的装置，装置被识别为液位传感器721。所需布置是使流体存储空间717位于辅助冷凝器709的出口处，从而允许液体制冷剂通过重力流动到流体存储空间717。此体积可以包含在与辅助冷凝器709相同的壳体中，或作为如图12中所描绘的独立容器。流体存储空间717中的液位通过包含控制环路的液位传感器721感测，所述液位传感器简单地描绘为液位传感器721。液位传感器721的此控制环路部分管理泵719的操作，以便将流体存储空间717中的液位保持在预设的可接受极限内。泵719可以具有变速驱动器，其中速度由液位传感器721的控制环路控制，或者所述液体泵还在相同控制环路的控制下可以仅具有开/关操作序列。泵719将制冷剂液体返回到制冷系统21。为了不使压缩机入口34充满液体，制冷剂可以在如图12中示出的膨胀阀31与蒸发器27之间(包含蒸发器27)的任何位置返回到制冷系统。在图12中，离心式压缩机是两级压缩机，使得低压气体制冷剂输入到第一级压缩机入口中并且高压气体从第二级压缩机排放到冷凝器25中。

在另一实施方案中，常规机械泵可以由纯静态泵送系统替代。在此实施方案的变体中，静态泵送系统可以利用通过来自冷凝器25的高压气体提供动力的喷射泵。来自流体存储空间717的泵送制冷剂液体和来自冷凝器25的高压制冷剂气体的混合物作为雾状物返回到蒸发器27。可替代地，此制冷剂可以返回到压缩机入口34。

在此实施方案的又另一变体中，如图13中所描绘，两个容器可以位于辅助冷凝器709下方，每一个具有入口，其连接到来自辅助冷凝器709的液体出口以经由管道730接收经冷凝的制冷剂液体；高压气体入口723，其经连接以从如图13中示出的冷凝器25接收高压气体，并且每一个具有连接到蒸发器27的出口725。冷凝器25是用于图13中的高压气体的便利源，但是可以利用任何其它高压气体源。高压气体入口723提供用以排空流体存储空间717的功率，从而迫使液体从流体存储空间717进入蒸发器中。在图13中描绘为阀门17、18和19的阀门经致动以执行可替代地排空和填充每一流体存储空间717的功能。这些阀门的操作对本领域技术人员而言是简单的，这些操作已用于一些溜冰场中以由交替使用的两个接收器替代液体泵：一个填充有从辅助冷凝器排出的液体，而另一个通过来自冷凝器的高压气体排空。这些连接中的每一个具有可以打开或关闭的自动阀门。所述系统“分批地”操作，使用本领域技术人员已知的原理由控制电路激活。在此布置中不需要泵719。

图15是图14中示出的布置的替代布置。图14和15两者说明为辅助压缩机的降压装置。图15提供用于通过控制引入到电动机350中的制冷剂的电动机冷却的另一主动控制模式，以便避免将制冷剂液体引入辅助压缩机509中。在图14中，膨胀阀802控制进入围绕定子88的线圈和来自围绕定子88的线圈的制冷剂的流量。液体制冷剂通过位于管线或管道378中的膨胀阀802(参看图8)从冷凝器25(或再冷却器，如果使用)引入到围绕定子88的线圈中。膨胀阀802由监视次级腔380中的液柱的高度的液位感应器805控制。流过膨胀阀802的制冷剂膨胀，同时使其压力减小。在进入次级腔380时，来自两相流量的液体将通过重力落到次级腔380的底部。次级腔380中的液体制冷剂的量通过检测次级腔380中的流体高度的传感器805确定。一旦液体高度达到如通过传感器805确定的预先选定水平，膨胀阀802可以被激活以减少进入次级腔中的制冷剂流体的流量。在次级腔380与降压装置409之间不需要液体管线。仅制冷剂气体将在转子129与定子88之间流动并且通过管道392到达装置409。通过次级腔380中的传感器805所检测到的液体制冷剂高度的增加指示出制冷剂液体不应再发送到电动机中并且膨胀阀802将减小来自定子88的制冷剂的流量。当次级腔380中的液体制冷剂高度降到小于通过传感器805所检测到的预先选定水平时，信号可以传输到膨胀阀802以打开和恢复通过管道378将制冷剂馈送到次级腔380。

在图14和15中，装置409可以是前述装置中的任一个。因此，所述装置可以是如图5中阐述的辅助压缩机509、如图6中阐述的喷射泵609、如图7中阐述的辅助冷凝器，或其任何组合，例如，冷凝器/泵送系统的压缩机/冷凝器系统。

所述实施方案中的任一个允许制冷剂用于冷却电动机，同时从电动机的腔中移除制冷剂，并且所述实施方案不限于离心式压缩机，其在图中为示例性的。因此，本发明还可以发现与往复式压缩机和涡旋式压缩机一起使用，其中的每一个都需要电动机冷却，并且尤其当这些压缩机经调适用于热泵系统中时。所述系统还提供对轴承的冷却，尤其在利用磁性轴承的系统中。辅助压缩机509或喷射泵609的使用可以有利地用于从电动机腔移除制冷剂。然而，这些组件可能需要大量功率消耗或否则使系统效率损失。辅助冷凝器709具有另外的优点：假定处于所需温度的水可用于热交换则不需要功率来操作。但是利用辅助冷凝器的系统还要求泵719在蒸发压力下或靠近蒸发压力将经冷凝的液体传递到制冷剂系统21。尽管这确实需要少量功率，但是所述功率显著小于辅助压缩机509的操作所需的功率并且不会对整个系统效率造成当液体泵例如由喷射泵609替代时的损失。

在系统如此安装时，上文参考图10-13描述的降压装置从电动机的腔中有效地移除制冷剂，同时允许制冷剂从电动机操作以及磁性轴承移除热量。这些降压装置可以有利地用于通常在与制冷机系统相比较高的温度下操作的热泵应用系统中。这些降压装置扩展制冷剂的电动机冷却能力，从而准许制冷机系统设备用于热泵应用并且能够使制冷剂通过电动机外壳循环。

上文提供的本发明的描述是关于具有压缩机的回路，例如，热泵系统或制冷系统，其中冷凝器处于制冷回路的高压侧上并且蒸发器处于制冷回路的低压侧上，所述制冷回路提供对电动机的冷却、将制冷剂与润滑剂分离或两者。应理解，本发明与ORC系统相同地操作，所述ORC系统与如先前所描述的热泵系统相反地操作，但是其中蒸发器处于回路的高压侧上并且冷凝器处于回路的低压侧上。本发明用以提供对发电机的冷却、将制冷剂与润滑剂分离或两者。

虽然已参考优选实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解在不脱离本发明范围的情况下可以进行不同的改变并且其多种元素可以由多种等效物代替。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教示。因此，希望本发明不限于作为用于执行本发明的最佳模式公开的具体实施方案，而是本发明将包含落入所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (28)

1.一种用于在热泵系统中将制冷剂与润滑剂分离的设备，所述热泵系统包含制冷回路，所述制冷回路具有：压缩机，其升高制冷剂气体的压力；与所述压缩机流体连通的冷凝器，其将所述制冷剂气体冷凝成高压液体：膨胀阀，其与所述冷凝器流体连通，所述膨胀阀将所述高压液体转换成气体中夹带液体的雾状物；蒸发器，其与所述膨胀阀和所述压缩机连通，所述蒸发器将液体制冷剂的状态改变成制冷剂气体，所述压缩机进一步包含需要润滑的组件，以及与所述压缩机中的所述制冷剂混合的润滑剂，其特征在于，所述设备包括：

不具有加热能力的池，所述池从所述压缩机接收所述润滑剂、制冷剂以及其组合；

用于将所述润滑剂从所述池提供到所述压缩机中需要润滑的部分的装置；以及

在所述池与所述系统的低压区之间的降压装置，所述降压装置减少与所述润滑剂混合的制冷剂的量，所述降压装置将所述池内的制冷剂气体压力降低到所述系统的所述低压区的制冷剂气体压力以下，同时进一步降低所述池内的所述制冷剂的温度，由此在所述润滑剂从所述池返回以使所述压缩机润滑之前将制冷剂气体从所述池移除到所述系统的所述低压区同时冷却所述润滑剂。

2.根据权利要求1所述的设备，其中用于从所述池提供所述润滑剂的所述装置进一步包含从所述池到需要润滑的部分的润滑回路。

3.根据权利要求2所述的设备，其进一步包含作为所述润滑回路的额外组件的储油区。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述降压装置是辅助压缩机。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述降压装置是喷射泵。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述降压装置包括：

与所述池和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包括辅助冷凝器，用于冷却制冷剂气体且将所述制冷剂冷凝至液相；

在所述池与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体传送到所述辅助冷凝器；

流体存储空间，用于在于所述辅助冷凝器中冷却之后存储经冷凝的制冷剂；

液体泵，用于将制冷剂泵送到所述系统的所述低压区；以及

液位传感器，用于控制所述流体存储空间中的制冷剂液体的量。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述降压装置进一步包括与所述池和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包含：

辅助冷凝器，用于将制冷剂从气相冷却且将其冷凝至液相，

在所述池与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体从所述池传送到所述辅助冷凝器，

至少一个流体存储空间，其与所述辅助冷凝器流体连通，以存储经冷凝的液相制冷剂，

管道，其提供所述辅助冷凝器与所述至少一个流体存储空间之间的流体连通，

所述至少一个流体存储空间进一步与所述系统的所述低压区流体连通，以及

至少一个阀门，用于调节从所述至少一个流体存储空间至所述系统的所述低压区的液相制冷剂流。

8.一种用于在有机朗肯循环系统中将制冷剂与润滑剂分离的设备，所述有机朗肯循环系统包含功率产生回路，所述功率产生的回路包含：涡轮机和从高压制冷剂气体产生电力的发电机；与所述涡轮机流体连通的冷凝器，其将所述制冷剂气体冷凝成低压液体；液体泵，其与所述冷凝器流体连通，所述液体泵将所述低压液体的压力升高成高压液体，所述液体泵与蒸发器流体连通，所述蒸发器将所述高压液体制冷剂的状态改变成高压制冷剂气体，所述涡轮机进一步包含需要润滑的组件，以及与所述涡轮机中的所述制冷剂混合的润滑剂，其特征在于，所述设备包括：

从所述涡轮机接收所述润滑剂、制冷剂以及其组合的池；

用于将所述润滑剂从所述池提供到所述涡轮机中需要润滑的部分的装置；以及

在所述池与所述系统的低压区之间的降压装置，所述降压装置减少与所述润滑剂混合的制冷剂的量，所述降压装置将制冷剂气体压力降低到所述系统的所述低压区的制冷剂气体压力以下，由此在所述润滑剂从所述池返回以使所述涡轮机的部分润滑之前将制冷剂气体从所述池移除到所述系统的所述低压区。

9.根据权利要求8所述的设备，其中用于从所述池提供所述润滑剂的所述装置进一步包含从所述池到需要润滑的部分的润滑回路。

10.根据权利要求9所述的设备，其进一步包含作为所述润滑回路的额外组件的储油区。

11.根据权利要求8所述的设备，其中所述降压装置是辅助压缩机。

12.根据权利要求8所述的设备，其中所述降压装置是喷射泵。

13.根据权利要求8所述的设备，其中所述降压装置包括：

与所述池和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包括辅助冷凝器，用于冷却制冷剂气体且将所述制冷剂冷凝至液相；

在所述池与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体传送到所述辅助冷凝器；

流体存储空间，用于在于所述辅助冷凝器中冷却之后存储经冷凝的制冷剂；

液体泵，用于将制冷剂泵送到所述系统的所述低压区；以及

液位传感器，用于控制所述流体存储空间中的制冷剂液体的量。

14.根据权利要求8所述的设备，其中所述降压装置进一步包括与所述池和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包含：

辅助冷凝器，用于将制冷剂从气相冷却且将其冷凝至液相，

在所述池与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体从所述池传送到所述辅助冷凝器，

至少一个流体存储空间，其与所述辅助冷凝器流体连通，以存储经冷凝的液相制冷剂，

管道，其提供所述辅助冷凝器与所述至少一个流体存储空间之间的流体连通，

所述至少一个流体存储空间进一步与所述系统的所述低压区流体连通，以及

至少一个阀门，用于调节从所述至少一个流体存储空间至所述系统的所述低压区的液相制冷剂流。

15.一种用于在蒸汽压缩系统中使用制冷剂冷却半密闭式压缩机电动机的设备，所述系统包含制冷回路，所述制冷回路包含：压缩机，用于升高制冷剂气体的压力；冷凝器，其与所述压缩机流体连通，用于将所述制冷剂气体冷凝成高压液体；膨胀阀，其与所述冷凝器流体连通，所述膨胀阀将所述高压液体转换成气体中夹带液体的雾状物；蒸发器，其与所述膨胀阀和所述压缩机连通，所述蒸发器将液体制冷剂的状态改变成制冷剂气体，所述压缩机进一步包含压缩机电动机，所述压缩机电动机进一步包含轴杆、用于所述电动机的外壳，所述外壳具有腔，所述电动机容纳在所述外壳中，所述电动机具有交替电场的定子和附接到所述轴杆的转子，所述转子和所述轴杆随着所述交替的电场旋转，其特征在于，所述设备包括：

在所述电动机的所述外壳中的制冷剂入口；

来自所述电动机的所述外壳的制冷剂出口；以及

降压装置，其位于所述电动机的所述外壳与所述系统的低压区中间并且通过所述制冷剂出口与所述腔流体连通，所述系统的所述低压区在所述膨胀阀的下游与压缩机入口之间，在将所述制冷剂气体从所述外壳排放到所述系统的所述低压区时，所述降压装置将来自所述外壳的制冷剂气体压力减少至低于所述系统的所述低压区的压力，使得所述外壳中的所述制冷剂在所述系统的所述低压区处返回到所述系统。

16.根据权利要求15所述的设备，其中当所述系统运行时磁轴承系统支撑所述轴杆。

17.根据权利要求15所述的设备，其中所述降压装置是辅助压缩机。

18.根据权利要求15所述的设备，其中所述降压装置是喷射泵。

19.根据权利要求15所述的设备，其中所述降压装置包括与所述外壳和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包括：辅助冷凝器，用于冷却和冷凝来自所述外壳的制冷剂气体；在所述外壳与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂传送到所述辅助冷凝器；与所述辅助冷凝器流体连通的流体存储空间，所述流体存储空间存储经所述辅助冷凝器冷却以后的冷凝制冷剂；液体泵，用于将制冷剂从所述流体存储空间泵送到所述系统的所述低压区；以及液位传感器，用于控制所述流体存储空间中的液体量。

20.根据权利要求15所述的设备，其中所述降压装置包括与所述外壳和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包括:辅助冷凝器，用于冷却和冷凝制冷剂气体；在所述电动机外壳与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体传送到所述辅助冷凝器；与所述辅助冷凝器流体连通的流体存储空间，所述流体存储空间存储经所述辅助冷凝器冷却以后的冷凝制冷剂；以及阀门，其调节从所述流体存储空间至所述系统的所述低压区的制冷剂流。

21.根据权利要求15所述的设备，其中所述降压装置进一步包括与所述外壳和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包含:

辅助冷凝器，用于冷却和冷凝制冷剂气体，

在所述外壳与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体从所述电动机外壳传送到所述辅助冷凝器，

至少一个流体存储空间，用于存储经冷凝的液体制冷剂，

在所述辅助冷凝器与所述至少一个流体存储空间之间的管道，其将经冷凝的液体制冷剂从所述辅助冷凝器传送到所述至少一个流体存储空间，

所述至少一个流体存储空间也与所述系统的所述低压区流体连通，

至少一个阀门，用于调节从所述至少一个流体存储空间至所述系统的所述低压区的液体制冷剂流，以及

其中所述冷凝器与所述至少一个流体存储空间连通，其提供迫使液体从所述至少一个流体存储空间到所述系统的所述低压区的高压气体。

22.一种用于从有机朗肯循环系统中移除润滑剂的设备，有机朗肯循环系统包含功率产生回路，所述功率产生回路包含：半密闭式涡轮机和从高压制冷剂产生电力的发电机；冷凝器，其与所述涡轮机流体连通，用于将来自所述涡轮机的制冷剂气体冷凝成低压液体；液体泵，其与所述冷凝器流体连通，所述液体泵将来自所述冷凝器的所述低压液体转换成高压液体；蒸发器，其与所述液体泵和所述涡轮机连通，所述蒸发器将高压液体制冷剂的状态改变成制冷剂气体，所述涡轮机进一步包含在外壳中的发电机，所述发电机进一步包含轴杆、外壳，所述外壳具有腔，所述发电机容纳在所述外壳中，所述发电机具有附接到所述轴杆的转子和围绕所述转子的在所述外壳中的定子，所述转子和所述轴杆旋转以在所述定子中产生电流，其特征在于，所述设备包括：

进入所述外壳中的入口；

来自所述外壳的制冷剂出口；以及

降压装置，其与所述外壳以及在所述液体泵与涡轮机出口之间的所述系统的低压区流体连通，所述降压装置将制冷剂压力减小至低于所述系统的所述低压区的压力，使得所述外壳中的所述制冷剂在所述系统的所述低压区处返回到所述系统。

23.根据权利要求22所述的设备，其中当所述系统运行时磁轴承系统支撑所述轴杆。

24.根据权利要求22所述的设备，其中所述降压装置是辅助压缩机。

25.根据权利要求22所述的设备，其中所述降压装置是喷射泵。

26.根据权利要求22所述的设备，其中所述降压装置包括与所述外壳和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包括：辅助冷凝器，用于冷却和冷凝来自所述外壳的制冷剂气体；在所述外壳与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂传送到所述辅助冷凝器；与所述辅助冷凝器流体连通的流体存储空间，所述流体存储空间存储经所述辅助冷凝器冷却以后的冷凝制冷剂；液体泵，用于将制冷剂从所述流体存储空间泵送到所述系统的所述低压区；以及液位传感器，用于控制所述流体存储空间中的液体量。

27.根据权利要求22所述的设备，其中所述降压装置包括与所述外壳和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包括:辅助冷凝器，用于冷却和冷凝制冷剂气体；在所述外壳与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体传送到所述辅助冷凝器；与所述辅助冷凝器流体连通的流体存储空间，所述流体存储空间存储经所述辅助冷凝器冷却以后的冷凝制冷剂；以及阀门，其调节从所述流体存储空间至所述系统的所述低压区的制冷剂流。

28.根据权利要求22所述的设备，其中所述降压装置进一步包括与所述外壳和所述系统的所述低压区连通的回路，所述回路包含:

辅助冷凝器，用于冷却和冷凝制冷剂气体，

在所述外壳与所述辅助冷凝器之间的管道，用于将制冷剂气体从所述外壳传送到所述辅助冷凝器，

至少一个流体存储空间，用于存储经冷凝的液体制冷剂，

在所述辅助冷凝器与所述至少一个流体存储空间之间的管道，其将经冷凝的液体制冷剂从所述辅助冷凝器传送到所述至少一个流体存储空间，

所述至少一个流体存储空间也与所述系统的所述低压区流体连通，

至少一个阀门，用于调节从所述至少一个流体存储空间至所述系统的所述低压区的液体制冷剂流，以及

其中所述冷凝器与所述至少一个流体存储空间连通，其提供迫使液体从所述至少一个流体存储空间到所述系统的所述低压区的高压气体。