CN105849483A - 具有油分离器的压缩机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种用于二氧化碳流的压缩机。该压缩机可以包括：第一级压缩机构，该第一级压缩机构用于将二氧化碳流从低压压缩成中压；在该第一级压缩机构下游的油分离器；以及第二级压缩机构，该第二级压缩机构被定位在该油分离器的下游，用于将二氧化碳流从中压压缩成高压。

Description

具有油分离器的压缩机
技术领域
本申请和所产生的专利总体上涉及制冷系统、并且更具体地涉及将二氧化碳用作制冷剂并且具有其中带有油分离器的两级压缩机的制冷系统。
发明背景
现代制冷系统为整个封闭体或其一部分提供冷却、通风和湿度控制。这种封闭体可以包括冰箱、冷却器、自动售货机、分配器以及其他类型的轻型商用或家用器具。由于环境、经济和其他原因，这些现代制冷系统逐渐不再使用如氢氟烃等合成制冷剂。因此，逐渐对使用例如二氧化碳等天然制冷剂产生兴趣。将二氧化碳用作制冷剂可以具有的优点是相对便宜、易于获得、无毒、不易燃烧并且环保。此外，二氧化碳与多数常见的合成制冷剂相比总体上具有较高的容量。
总体而言，二氧化碳制冷循环可以类似于其他类型的制冷循环，但是可以在较高的压力下运行并且可以不涉及状态变化。典型的超临界二氧化碳制冷循环可以包括在高压和高温下在压缩机内对二氧化碳流进行压缩。第二，可以在气体冷却器或其他类型的热交换器内通过与周围环境进行热交换来冷却经压缩的二氧化碳。第三，二氧化碳可以穿过膨胀装置，该膨胀装置使压力和温度减小。第四，可以将二氧化碳泵送至蒸发器或另一个热交换器，其中二氧化碳可以从封闭体中吸收热量以便在其中提供冷却。然后可以使二氧化碳流返回至压缩机以便重复该循环。在这种二氧化碳制冷循环上的许多变化可以是已知的。
提高二氧化碳制冷系统的效率的一种方式是使用两级压缩机。然而，在这种二氧化碳制冷系统中在二氧化碳中的油的可混合性与在高运行压力下的典型合成制冷剂相比可能更大。此外，在二氧化碳中的油的可混合性可以随着压力的增加而增加。在制冷剂中的油含量方面的这种增加可能在蒸发器或其他方面存在挑战。具体地，随着制冷剂的温度减小，油可能在蒸发器中开始积聚。此外，油的粘度可能会增加，从而潜在地导致增加的维护需要、部件的过早损坏、堵塞以及其他类型的不断的维护问题。
尽管已知不同类型的油分离器，由于在压缩机的入口与出口之间的压力差，这种系统总体上需要泵和/或复杂的阀门安排。此外，这种已知的油分离器相对于油在壳体内需要处于中压而给出的两级压缩机而言可能是无效的。
因此期望用于轻型商用或家用器具等的一种改进的二氧化碳制冷系统。这种改进的二氧化碳制冷系统可以适应在较高的压力下的二氧化碳制冷剂中的油的增加的可混和性，通过减少的维护需求增加总体的系统性能和效率。
发明概述
本申请和所产生的专利因此提供了一种用于二氧化碳流的压缩机。该压缩机可以包括：第一级压缩机构，该第一级压缩机构用于将二氧化碳流从低压压缩成中压；在该第一级压缩机构下游的油分离器；以及第二级压缩机构，该第二级压缩机构被定位在该油分离器的下游，用于将二氧化碳流从中压压缩成高压。
本申请和所产生的专利进一步提供了一种对用于制冷系统的二氧化碳流进行压缩的方法。该方法可以包括以下步骤：在第一级压缩机中将二氧化碳流从低压压缩成中压；使处于中压的二氧化碳流穿过油分离器；然后在第二级压缩机中将二氧化碳流从中压压缩成高压。
本申请和所产生的专利因此提供了一种用于制冷剂流的压缩机。该压缩机可以包括：壳体；第一级压缩机构，该第一级压缩机构用于将制冷剂流从低压压缩成中压并且该第一级压缩机构被定位在该壳体内；油分离器，该油分离器在该第一级压缩机构的下游并且被定位在该壳体之外；在该油分离器下游的第二级压缩机构，该第二级压缩机构用于将制冷剂流从中压压缩成高压并且该第二级压缩机构被定位在该壳体内；以及电动机，该电动机用于驱动该第一级压缩机构和该第二级压缩机构并且该电动机被定位在该壳体内。该油分离器可以包括膨胀室和/或被定位在该膨胀室内的J管和/或与壳体相连通的排油口。制冷剂可以包括二氧化碳流。
附图简要说明
图1是已知的二氧化碳制冷系统的示意图。
图2是示出了在两级压缩机中的工作节省的压力/焓图表。
图3是用于图1的制冷系统的已知的两级压缩机的示意图。
图4是具有如在此可以描述的油分离器的两级压缩机的示意图。
详细说明
现在参照附图，在这几个图中类似的数字指代类似的元件，图1示出了如在此可以描述的制冷系统10的实例。制冷系统10可以用于冷却任何类型的封闭体，例如冰箱、冷却器、自动售货机、分配器等。总体的制冷系统10可以具有任何合适的尺寸或容量。制冷系统10还可以应用于空调和/或供暖系统。尽管主要针对的是轻型商用或家用器具，制冷系统10还可以具有其他类型的商用、工业和/或居住应用。
制冷系统10可以包括压缩机15。压缩机15可以具有任何合适的尺寸或容量。压缩机15可以在高压和高温下压缩制冷剂流20。在这个实例中，制冷剂20可以是二氧化碳流25。二氧化碳流25可以在超临界循环或在亚临界循环中，取决于压缩机15运行所在的环境温度和其他类型的运行参数。
制冷系统10可以包括被定位在压缩机15下游的气体冷却器27或其他类型的热交换器。气体冷却器27可以具有任何合适的尺寸或容量。气体冷却器27可以在其中包括多个线圈30或其他类型的热交换表面。气体冷却器风扇35可以邻近于其来定位。气体冷却器风扇35可以是单速风扇、可变供给风扇等。气体冷却器27可以通过与周围环境热交换来冷却二氧化碳流25。
制冷系统10可以包括在气体冷却器27下游的膨胀装置40。膨胀装置40可以具有任何合适的尺寸或容量。膨胀装置40可以减小二氧化碳流25的压力和温度。膨胀装置40可以在其中包括多个毛细管等。
制冷系统10还可以包括被定位在膨胀装置40下游的蒸发器45或其他类型的热交换器。蒸发器45可以具有任何合适的尺寸或容量。蒸发器45可以包括多个蒸发器线圈50或其他类型的热交换表面。蒸发器风扇55可以邻近于其来定位。蒸发器风扇55可以是单速风扇、可变速风扇等。可以将二氧化碳流25泵送至蒸发器45。二氧化碳流25可以吸收被蒸发器风扇55吹送或抽吸穿过蒸发器线圈50的空气流的热量，从而对封闭体等进行冷却。然后可以使二氧化碳流25返回至压缩机15以便重复该循环。在此可以使用其他部件和其他构型。在此描述的制冷系统10仅出于示例的目的。许多其他类型的制冷系统、制冷部件和制冷剂可以是已知的。
如上所述，提高制冷系统10的效率的一种方式是使用两级压缩机60。如在图2的压力-焓图表中示出的，制冷剂20可以在低压PL下被输入到压缩机60、可以在压缩机的第一级中被压缩成中压PM、冷却同时维持中压PM、并且然后在压缩机的第二级中被压缩成高压PH。作为结果，如在该图的交叉阴影区域中示出的，可以实现对需要由压缩机60执行的总工作量的节省。
图3示出了两级压缩机60的实例。两级压缩机60的部件可以被封闭在壳体65内。壳体65可以适合用于至少封闭中压流体。壳体65可以具有任何合适的尺寸、形状或构型。可以将常规的直流电动机70定位在壳体65内。在此可以使用其他类型的电动机和其他类型的驱动装置。
两级压缩机60可以包括第一级压缩机构75。第一级压缩机构75可以由电动机70驱动。第一级压缩机构75可以经由旋转位移或其他类型的压缩技术来圧缩流体。第一级压缩机构75可以将进入的低压流80压缩成中压流82。第一级压缩机构75可以在壳体65内排出中压流82。第二级通路84可以在壳体65与第二级压缩机构86之间延伸。第二级压缩机构86可以由电动机70或以其他方式来驱动。第二级压缩机构86可以经由旋转位移或其他类型的压缩技术来圧缩流体。第二级压缩机构86可以将中压流82压缩成高压流88。可以朝气体冷却器25或别处排出高压流88。也可以使用其他部件和其他构型。其他类型的两级压缩机可以是已知的。
同样如上所述，尽管两级压缩机60提高了总体的制冷系统10的效率，但在二氧化碳冷却剂流25中的油90的可混合性可能随着压力的增加而增加。具体地，在制冷剂流25内的油90的百分比在压缩机15和整个制冷系统10的低压侧与高压侧之间可能多次增加。因此在制冷剂20中的油90的存在可能出现维护问题等。
图4示出了如在此可以描述的两级压缩机100的实例。类似于上述两级压缩机，该两级压缩机100可以包括壳体110。壳体110可以适合用于至少封闭中压流体。壳体110可以具有任何合适的尺寸、形状或构型。可以将直流电动机120或其他类型的驱动装置定位在壳体110内或别处。在此可以使用其他部件和其他构型。
两级压缩机100可以包括第一级压缩机构130。第一级压缩机构130可以由电动机120或以其他方式来驱动。第一级压缩机构130可以经由旋转位移或其他类型的压缩技术来圧缩流体。第一级压缩机构130可以具有任何合适的尺寸或容量。第一级压缩机构130可以具有第一级输入端140。第一级输入端140可以与二氧化碳制冷剂155的低压流150相连通。在此还可以使用其他类型的制冷剂。第一级压缩机构130可以将低压流150压缩成中压流160。第一级压缩机构130可以具有第一级输出端170。第一级输出端170可以将中压流160排出到壳体110中。由于二氧化碳制冷剂155在壳体110内的排放，适量的油175因此可以留在其底部中。在此可以使用其他部件和其他构型。
壳体110可以包括第二级通路180。第二级通路180可以从壳体110延伸至第二级压缩机构190。第二级压缩机构190可以由电动机120或以其他方式来驱动。相同或不同的电动机可以驱动相应的级。第二级压缩机构190可以经由旋转位移或其他类型的压缩技术来圧缩流体。第二级压缩机构190可以具有任何合适的尺寸或容量。第二级压缩机构190可以包括与第二级通路180相连通的第二级输入端200。第二级压缩机构190可以将二氧化碳制冷剂155的中间流160压缩成高压流210。第二级压缩机构190可以包括第二级输出端220。第二级输出端220可以延伸出壳体110，从而朝气体冷却器25或别处排放高压流210。在此可以使用其他部件和其他构型。
两级压缩机100还可以包括油分离器230。油分离器230可以围绕第二级通路180定位在第一级机构130与第二级机构190之间并且被定位在壳体110之外。可以将输入止回阀240围绕第二级通路180定位在油分离器230上游。油分离器230可以包括膨胀室250。膨胀室250可以具有任何合适的尺寸、形状或构型。油分离器230还可以包括J管260。该J管260可以从第二级通路180延伸到膨胀室250中。还可以将金属丝网270围绕油盘280定位在膨胀室250中。油分离器250可以包括围绕油盘280定位的排油口290。排油口290可以从油盘280向后朝壳体110延伸。可以将输出止回阀300定位在排油口290上。在此可以使用其他部件和其他构型。
在使用中，输入止回阀240可以防止由于在油分离器230内的任何压力波动而造成的朝向壳体110的背压。油分离器230包括膨胀室250和J管260，从而减少制冷剂155的流动速度。这种在速度上的降低可以促进油175与制冷剂155的分离。金属丝网270可以促进油175聚集在其中。因此可以减少在进入第二级压缩机构190之前在制冷剂155内离开油分离器230的油含量。排油口290允许分离出的油175返回到壳体110中。
因为在油分离器230和壳体110中的压力可以是相似的，油175可以轻易地排出回到壳体110中。输出止回阀290可以偏置成使得可以在允许175排出回到壳体110中之前在油分离器230内积聚阈值量的油175。输出止回阀300还可以防止从壳体110通入油分离器230的次级流动路径。输出止回阀300因此可以防止制冷剂155旁路通过油分离器230，从而确保在制冷剂155内的进入第二级压缩机构190的油含量可以是足够低的。
因此，油分离器230将过量的油175在进入到第二级压缩机构190中之前从制冷剂155的流动中移除，以使总体效率增加并且使维护需求减小。此外，油分离器230避免了使用复杂的泵和/或阀门安排和/或任何类型的在制冷系统上作为整体的附加排放口。具体地，使用两级压缩机100允许在壳体110内有两个等级的压力。油分离器230还可以与其他类型的制冷剂一起使用。

Claims (15)

1.一种用于二氧化碳流的压缩机，该压缩机包括：
第一级压缩机构，该第一级压缩机构用于将二氧化碳流从低压压缩成中压；
在该第一级压缩机构下游的油分离器；以及
在该油分离器下游的第二级压缩机构，该第二级压缩机构用于将二氧化碳流从中压压缩成高压。
2.如权利要求1所述的压缩机，其中该第一级压缩机构包括与低压下的二氧化碳流相连通的一个第一级输入端。
3.如权利要求1所述的压缩机，进一步包括壳体，并且其中该第一级压缩机构和该第二级压缩机构被定位在该壳体内。
4.如权利要求3所述的压缩机，进一步包括电动机，该电动机被定位在该壳体内并且与该第一级压缩机构和该第二级压缩机构相连通。
5.如权利要求3所述的压缩机，其中该第一级压缩机构包括与该壳体相连通的第一级输出端，该第一级输出端用于中压下的二氧化碳流。
6.如权利要求3所述的压缩机，其中该壳体包括与该第二级压缩机构相连通的一个第二级通路。
7.如权利要求1所述的压缩机，其中该第二级压缩机构包括与中压下的二氧化碳流相连通的一个第二级输入端。
8.如权利要求1所述的压缩机，其中该第二级压缩机构包括与高压下的二氧化碳流相连通的一个第二级输出端。
9.如权利要求1所述的压缩机，其中该油分离器包括膨胀室。
10.如权利要求9所述的压缩机，其中该油分离器包括在该膨胀室内的一个J管。
11.如权利要求9所述的压缩机，其中该油分离器包括在该膨胀室内的一个油盘和一个金属丝网。
12.如权利要求1所述的压缩机，进一步包括在该油分离器上游的一个止回阀。
13.如权利要求1所述的压缩机，其中该油分离器包括与一个壳体相连通的一个排油口。
14.如权利要求13所述的压缩机，其中该油分离器包括在该排油口上的一个止回阀。
15.一种压缩二氧化碳流的方法，该方法用于制冷系统，该方法包括：
在一个第一级压缩机中将二氧化碳流从低压压缩成中压；
使中压下的二氧化碳流穿过一个油分离器；并且
在一个第二级压缩机中将二氧化碳流从中压压缩成高压。
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