CN105393066B - Havc系统中的回油控制 - Google Patents

Abstract

本发明描述了例如在HVAC系统的冷却系统中有助于控制回油的方法、系统和装置。制冷剂/油的混合物可以导出蒸发器，并导入到回油热交换器，以帮助汽化该制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分。超热冷却剂蒸汽可以从冷凝器中被导入到该回油热交换器，作为汽化该制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分的热能。该回油热交换器的物理位置低于该蒸发器的物理位置，从而重力有助于将该制冷剂/油的混合物导向到该回油热交换器。

Description

HAVC系统中的回油控制

技术领域

本发明涉及一种加热、通风及空调(“HVAC”)系统，例如包括冷却器。一般地，描述了一种在HVAC系统中控制回油的方法、系统以及装置。

背景技术

HVAC系统通常可以包括形成制冷管路的压缩机、热交换器比如冷凝器和蒸发器、以及膨胀装置。通常，制冷剂蒸汽被压缩机压缩后，被浓缩成冷凝器中的液体制冷剂。之后，液体制冷剂被膨胀装置进行膨胀处理，成为了低压、低温和两相的制冷剂，并被引导进入蒸发器中。然后，在蒸发器中，两相制冷剂就可以与工艺流体比如空气或水进行热交换。两相制冷剂可以在蒸发器中被汽化，然后回到压缩机。工艺流体则可以被用于其他目的，比如冷却建筑物内的空间。

HVAC系统的压缩机，如螺杆式压缩机，可以被例如机油所润滑。该机油在制冷剂管路中与制冷剂一同循环。

发明内容

本发明提供了在HVAC系统中控制回油的实施例。一般地，蒸发器中的制冷剂/油的混合物可被导出该蒸发器，并被导入到回油热交换器内，从而有助于利用热能汽化掉该制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分。然后，该已汽化制冷制可携带走制冷剂/油的混合物中的油部分，从而将该油部分推动回到如压缩机。在一些实施例中，来自于冷凝器的过热制冷剂蒸汽可被导向到该回油热交换器内，作为汽化该制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分的热能。

在一些实施例中，HVAC系统可包括回油热交换器，回油热交换器包括：用于接收来自蒸发器的制冷剂/油的混合物的蒸发器配合部以及用于接收来自冷凝器的过热制冷剂蒸汽的冷凝器配合部；所述蒸发器配合部与所述冷凝器配合部用于在所述回油热交换器中热交换。

在回油热交换器的蒸发器配合部，来自蒸发器的制冷剂/油的混合物的制冷剂部分可以被汽化，从而该制冷剂/油的混合物的油部分可被该已汽化制冷剂部分携带。在一些实施例中，从回油热交换器中流出的该制冷剂/油的混合物被引导向所述压缩机，例如通过压缩机的吸力。

在该回油热交换器的冷凝器配合部，该过热制冷剂蒸汽可被冷凝为液态制冷剂，在一些实施例中，该冷凝液态制冷剂在从该回油热交换器中流出以后被引导回该冷凝器。

在一些实施例中，该回油热交换器的物理位置低于该蒸发器的物理位置，从而重力有助于将该制冷剂/油的混合物导向到该回油热交换器。在一些实施例中，该回油热交换器的所述蒸发器配合部包括蒸发器侧入口和蒸发器侧出口，所述蒸发器侧出口的物理位置高于所述蒸发器侧入口的物理位置。

在一些实施例中，该回油热交换器的所述冷凝器配合部包括冷凝器侧入口和冷凝器侧出口，该冷凝器侧出口的物理位置高于所述冷凝器侧入口的物理位置。

在一些实施例中，所述冷凝器包括冷凝器回油热交换器出口和冷凝器回油热交换器入口，并且所述冷凝器回油热交换器出口的物理位置高于所述冷凝器回油热交换器入口的物理位置。

在一些实施例中，该回油热交换器为钎焊板式换热器。在一些实施例中，该压缩机可以为螺杆式压缩机。

一种在HVAC系统中控制回油的方法，包括将过热制冷剂蒸汽引导入回油热交换器的第一侧，将制冷剂/油的混合物引导入所述回油热交换器的第二侧，将所述制冷剂/油的混合物引导出所述回油热交换器，并引导向所述HVAC系统的压缩机。该回油热交换器用于在位于所述回油热交换器内的过热制冷剂蒸汽与所述制冷剂/油的混合物之间进行热交换。在一些实施例中，在HVAC系统中控制回油到压缩机的方法可包括当所述HVAC系统在满负荷或者相对较高饱和温度的情况下操作时，防止所述过热制冷剂蒸汽流入所述回油热交换器的第一侧。

结合下文详细描述并结合附图，可以对本发明实施例中的其他特征和方面有更加清楚的理解。

附图说明

请参考附图，其中各个附图中类似的标记分别指示对应的部件。

图1是本发明一个实施例中包括回油热交换器的HVAC系统的示意图；

图2是本发明另一个实施例中包括回油热交换器的HVAC系统的示意图。

具体实施方式

油可以润滑HVAC系统中的压缩机。一些HVAC系统可以包括比如冷却系统，压缩机的油可以与制冷剂一起在制冷管路里流通。该制冷管路通常由压缩机、冷凝器、蒸发器以及膨胀装置形成。管理制冷管路中回到压缩机的回油，对于在压缩机中维持合适的油量以便于例如润滑压缩机的活动件来说是很重要的。如果压缩机中的油量过低，压缩机就可能会因为缺少润滑而被损坏。因此，对压缩机的回油管理方式进行改进，就可以将压缩机中的油量保持在合适的水平。

公开的各个实施例涉及例如在冷却器中有助于回油管理的方法、系统和设备。冷却器可以包括冷凝器和蒸发器。在一些实施例中，制冷剂/油的混合物可以被引导出蒸发器，并进入回油热交换器。回油热交换器用于帮助汽化制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分。在一些实施例中，来自冷凝器的过热制冷剂蒸汽可以被引导进入回油热交换器中，因此，该过热的制冷剂蒸汽的热能量则可以用于汽化制冷剂与油的混合物中的制冷剂部分。在一些实施例中，回油热交换器的的物理位置可以低于蒸发器。在此种结构下，重力则可以有助于使制冷剂/油的混合物流入回油热交换器。此处公开的实施例可以帮助汽化制冷剂与油的混合物中的制冷剂部分，从而使得制冷剂/油的混合物中的油的部分能够被携带在汽化的制冷剂部分中，并被引导入例如压缩机中，如通过压缩机的吸力被引导入压缩机中。在一些实施例中，制冷剂部分被大量汽化，油的部分则可以作为携带在汽化的制冷剂中的油珠而被引导入压缩机中。这些实施例则可以有助于提高蒸发器的热传递效率，和/或压缩机的能力/效率。

附图中的附图标记形成附图的一部分，其中通过对实施例的描述显示了可实现的实施例。应该理解的是，这里引用的术语仅作为描述附图和实施例的目的，不作为本申请保护范围的限制。

图1示出了HVAC系统100。该HVAC系统100包括形成制冷管路的压缩机110、冷凝器120、膨胀装置130以及蒸发器140。制冷剂可以在被压缩机压缩后，浓缩成冷凝器120中的液体制冷剂。液体制冷剂可以被膨胀装置130进行膨胀处理，然后被引导进入蒸发器140中，以便于与工艺流体(例如空气或水)进行热交换。工艺流体则可以被用于其他应用，比如冷却建筑物内的空间。制冷剂则可以返回压缩机中并被压缩。HVAC系统100可以包括其他部件，比如油分离器115，单元控制器(图中未示出)以及在冷却器中通常可以被使用的其他部件。

润滑压缩机110的油可以与制冷剂一起在制冷管路中流通。通常，油的饱和温度高于制冷剂的饱和温度，并且，在与制冷剂一起在制冷管路中流通时，油通常处于液态。蒸发器140，比如为降膜型蒸发器或满液式蒸发器，可以包括收集装置，该收集装置用于在一定的条件下收集蒸发器140内部相对大量的油。

当蒸发器140为降膜型蒸发器时，制冷剂可以在蒸发器140中被汽化。并且，可以随制冷剂流通的油的部分通常不被汽化。因此油的部分可以在蒸发器140内部流通。当蒸发器140为满液式蒸发器时，该蒸发器140可以容纳相对大量的制冷剂与油的混合物，以便于浸没蒸发器140内部的换热管(图中未示出)。针对这些类型的蒸发器进行回油管理，对于在压缩机110中维持合适的油量以便于恰当地润滑压缩机110来说是很重要的。如果在蒸发器140中收集的油不返回压缩机110中，那么，压缩机110中的油量则可能变低，从而造成压缩机110的损坏。在蒸发器140中收集的油还可能降低蒸发器140的热交换效率。

为了帮助蒸发器140中收集的油回到压缩机110，蒸发器140中制冷剂/油的混合物可以被引导入回油热交换器150。回油热交换器150通常包括冷凝器配合部156和蒸发器配合部157。冷凝器配合部156一般用于接收例如来自冷凝器120的制冷剂，作为热源与来自蒸发器140的蒸发器配合部157接收的制冷剂/油的混合物进行热交换。因此也使得制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分，可以在回油热交换器150中被汽化。

回油热交换器150的热能量源可以是来自冷凝器120的过热的制冷剂蒸汽。过热的制冷剂蒸汽可以自冷凝器回油热交换器出口122被引导出冷凝器120，并被引导入回油热交换器150的冷凝器侧入口152。制冷剂及油的混合物可以自蒸发器140的蒸发器回油热交换器出口142被引导出，并被引导入回油热交换器150的蒸发器侧入口153。这样，过热的制冷剂蒸汽则可以与制冷剂/油的混合物进行热交换。在回油热交换器150内部，过热的制冷剂蒸汽可以帮助汽化制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分。

通常，油的饱和温度高于过热的制冷剂蒸汽的温度。因此，制冷剂/油的混合物中的油的部分在流出回油热交换器150之后可以保持为液态。在一些实施例中，当制冷剂/油的混合物流出回油热交换器150的蒸发器侧出口155时，制冷剂/油的混合物中的制冷剂部分则大量地被汽化，剩余的制冷剂/油的混合物则变成了具有大量的液态的油的部分。在一些实施例中，在流经回油热交换器150之后，被引导入蒸发器侧入口153的制冷剂/油的混合物在蒸发器侧出口155处可以主要包括油滴。油滴可以被携带在汽化的制冷剂部分中进入压缩机110。这样，则可以帮助油回到压缩机110。

在一些实施例中，蒸发器回油热交换器出口142可以位于蒸发器140中含油浓度相对高的位置。当蒸发器140为降膜型蒸发器时，通常，蒸发器140的较低的部位具有相对高的含油浓度。相应地，蒸发器回油热交换器出口142可以位于蒸发器140的较低的部位上。当蒸发器140为满液式蒸发器时，蒸发器140内部液位指示位置具有相对高的含油浓度。相应地，蒸发器回油热交换器出口142可以大致位于蒸发器140的液位指示位置上。

在一些实施例中，回油热交换器150的物理位置可以低于蒸发器140。在此种结构下，重力则可以有助于将制冷剂/油的混合物从蒸发器回油热交换器出口142中排出，并引导入回油热交换器150中。

在一些实施例中，制冷剂/油的混合物的密度在蒸发器侧出口155处低于蒸发器侧入口153处，从而在入口153与出口155之间产生了压差。入口153与出口155之间制冷剂与油的混合物的密度/压强差可以有助于驱使制冷剂与油的混合物从入口153流向出口155。在一些实施例中，蒸发器侧入口153的物理位置可以低于蒸发器侧出口155。

冷凝器120包括上部结构123和下部结构125。上部结构123通常可以用于容纳过热的制冷剂蒸汽，下部结构125通常用于容纳液体制冷剂。上部结构123中可以具有压强P1，该压强P1高于下部结构125中的压强P3。在一些实施例中，P1与P3之间的压强差值为3PSI或其左右的值。

冷凝器回油热交换器出口122的位置通常可以位于冷凝器120的上部结构123中，冷凝器回油热交换器入口124的位置通常可以位于冷凝器120的下部结构125中。P1和P3之间的压强差有助于驱使过热的制冷剂蒸汽流向并经过回油热交换器150。

在回油热交换器150中，过热的制冷剂蒸汽通常释放热给来自蒸发器140的制冷剂/油的混合物。因此，过热的制冷剂蒸汽则可以被浓缩为液体制冷剂，从而可以被引导回冷凝器回油热交换器入口124。

在一些实施例中，回油热交换器150的冷凝器侧入口152的物理位置可以低于回油热交换器150的冷凝器侧出口154。在一些实施例中，冷凝器侧出口154处的压强P2通常小于压强P1。在一些实施例中，P1与P2之间的压强差小于P1与P3之间的压强差。因此，制冷剂则从冷凝器回油热交换器出口122处被驱使出来，并以过热蒸汽的形式进入回油热交换器150的冷凝器侧入口152，然后，压差驱使制冷剂以制冷剂液体的形式从冷凝器侧出口154处回到冷凝器回油热交换器入口124。

回油热交换器150可以是钎焊板式换热器(BPHE)，但可以理解的是，也可以使用其他类型的热交换器。钎焊板式换热器的结构相对紧凑，从而可以更加有利于例如对现有的HVAC系统进行改进应用，使其具有回油热交换器150。

回油热交换器150的热交换能力可以根据设计需要来配置。在一些实施例中，可以配置回油热交换器150的热交换能力，从而获得设计的特定油循环率(oil circulationratio，OCR)，该油循环比的定义为油的质量分数在压缩机内的质量流率。在一些实施例中，OCR可以是例如大约0.03％。在一些实施例中，可以基于OCR、蒸发器140中的油的峰值浓度(peak oil concentration，POC)以及蒸发器140的热交换能力，来配置回油热交换器150的热交换能力。其中，POC的定义是在蒸发器中制冷剂与油的混合物中的最高的油的浓度。在一些实施例中，回油热交换器150的热交换能力可以被配置为对应于蒸发器的热交换能力。在一些实施例中，回油热交换器150的热交换能力可以被配置为大约是：(OCR)/(POC)×蒸发器140的热交换能力。在一些实施例中，回油热交换器150的热交换能力可以是蒸发器140的热交换能力的大约0.5％至1％。

用于HVAC系统100的压缩机110可以是螺杆式压缩机，离心式压缩机或者其他合适的压缩机。这些类型的压缩机需要油来润滑，因此通常可以从上述的实施例中受益。螺杆式压缩机需要更多量的油来润滑，因此，相对于其他类型的压缩机，螺杆式压缩机可以获得更多的益处。

用于HVAC系统100的冷凝器120可以是气冷式冷凝器或者水冷式冷凝器。在一些实施例中，冷凝器120可以是水冷式壳管状冷凝器。

如图2所示，在一些实施例中，HVAC系统200的冷凝器回油热交换器出口222与回油热交换器250的冷凝器侧入口252之间包括电磁阀260。电磁阀260被配置有“on”状态，该状态通常允许制冷剂蒸汽从冷凝器回油热交换器出口222流出并流入冷凝器侧入口252。电磁阀260还被配置有“off”状态，该状态通常阻止制冷剂蒸汽从冷凝器回油热交换器出口222流入冷凝器侧入口252。通过调节电磁阀260处于“on”或者“off”状态的时长，可以调节被引导入回油热交换器250的过热的制冷剂蒸汽的量。通过调节被引导入回油热交换器250的过热的制冷剂蒸汽的量，可以控制被导入回油热交换器250的热能量的多少。因此在回油热交换器250中流动的制冷剂与油的混合物也可以被调节。可以通过控制器270来控制对电磁阀260的操作，可以理解的是，也可以通过人工方式或者其他合适的控制器来控制对电磁阀260的操作。

在一些操作条件下，电磁阀260可以帮助处理回油。比如，当HVAC系统200在相对高的负载下运行时，比如在蒸发器240中为或大约为满负载条件或者相对高的饱和温度，冷凝器220和/或蒸发器240中的OCR就会相对低，这样，更多的油则可以自蒸发器240返回压缩机210中。在此种情况下，返回压缩机的油足够维持压缩机210中合适的油量，从而使得在不使用回油热交换器250的条件下，压缩机210也可以被合适地润滑。不是必须使用回油热交换器来帮助油回到压缩机210。控制器270可以从例如HVAC系统200的单元控制器处获得蒸发器240中的负载状况或者饱和温度值。当控制器270检测到例如满负载状况，控制器270可以将电磁阀260设置为“off”状态，从而阻止制冷剂在冷凝器回油热交换器出口222与冷凝器侧入口252之间流动。

关于上述描述，应该理解可以在细节上进行变动而不脱离本发明的范围。说明书部分及描述的实施例仅做示例性目的，本发明保护范围以最具广泛意义的权利要求为限。

Claims (12)

1.一种HVAC系统，其特征在于，包括：

冷凝器；

蒸发器；

压缩机，以及

回油热交换器，

其中，所述回油热交换器包括：用于接收来自蒸发器的制冷剂/油的混合物的蒸发器配合部；以及用于接收来自冷凝器的过热制冷剂蒸汽的冷凝器配合部；并且所述蒸发器配合部与所述冷凝器配合部用于在所述回油热交换器中热交换。

2.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，来自所述蒸发器配合部的所述制冷剂/油的混合物从所述回油热交换器中流出以后被引导向所述压缩机。

3.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，来自所述冷凝器的所述过热制冷剂蒸汽从所述回油热交换器中流出以后被引导向所述冷凝器。

4.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述回油热交换器的物理位置低于所述蒸发器的物理位置。

5.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述回油热交换器的所述蒸发器配合部包括蒸发器侧入口和蒸发器侧出口，所述蒸发器侧入口用于接收来自蒸发器的制冷剂/油的混合物；所述蒸发器侧出口用于将所述制冷剂/油的混合物引导向所述压缩机；所述蒸发器侧出口的物理位置高于所述蒸发器侧入口的物理位置。

6.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述回油热交换器的所述冷凝器配合部包括冷凝器侧入口和冷凝器侧出口，所述冷凝器侧入口用于接收来自冷凝器的制冷剂；所述冷凝器侧出口用于将所述制冷剂引导向所述冷凝器；所述冷凝器侧出口的物理位置高于所述冷凝器侧入口的物理位置。

7.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝器回油热交换器出口和冷凝器回油热交换器入口，所述冷凝器回油热交换器出口用于将所述制冷剂引导向所述回油热交换器；并且所述冷凝器回油热交换器入口用于接收来自回油热交换器的制冷剂；所述冷凝器回油热交换器出口的物理位置高于所述冷凝器回油热交换器入口的物理位置。

8.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述回油热交换器为钎焊板式换热器。

9.根据权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述压缩机为螺杆式压缩机。

10.一种在HVAC系统中控制回油的方法，其特征在于，包括：

将过热制冷剂蒸汽引导入回油热交换器的第一侧；

将制冷剂/油的混合物引导入所述回油热交换器的第二侧，其中所述回油热交换器用于在位于所述回油热交换器内的过热制冷剂蒸汽与所述制冷剂/油的混合物之间进行热交换；以及

将所述制冷剂/油的混合物引导出所述回油热交换器，并引导向所述HVAC系统的压缩机。

11.根据权利要求10所述的在HVAC系统中控制回油的方法，其特征在于，包括：

当所述HVAC系统在满负荷或者接近满负荷的情况下操作时，防止所述过热制冷剂蒸汽流入所述回油热交换器的第一侧。

12.根据权利要求10所述的在HVAC系统中控制回油的方法，其特征在于，包括：

当所述HVAC系统的蒸发器在高饱和温度或者接近高饱和温度下操作时，防止所述过热制冷剂蒸汽流入所述回油热交换器的第一侧。