CN111365908A - 具有过冷功能的冷媒循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有过冷功能的冷媒循环系统，涉及空调领域，用以优化冷却无油轴承的效果。该冷媒循环系统，包括压缩机、引流支路、冷却支路。压缩机包括轴承和电机；引流支路被构造为冷却轴承。冷却支路与引流支路热交换，用于冷却引流支路内的冷媒；冷却支路还被构造为冷却电机。上述技术方案，实现了轴承冷媒的过冷，使得用于冷却轴承的冷媒温度更低，优化了轴承冷却效果，解决了无油轴承工作时热量积存问题；并且同时实现了电机的冷却。
Description
技术领域
本发明涉及制冷设备领域，具体涉及一种具有过冷功能的冷媒循环系统。
背景技术
随着无油技术的不断发展，无油轴承逐渐应用于离心式压缩机中，解决了油路系统带来的售后定期维护、跑油降低整机性能等问题。
但无油轴承作为转子系统的支撑件，不可避免会产生热量，为保证轴承运行的可靠性和稳定性，需及时带走轴承发热量。与油轴承采用润滑油冷却类似的，无油轴承采用冷却介质冷却，而且从冷却效果上看，冷却轴承所用冷却介质应为液态时效果较好。如果在液态冷却介质的基础上能实现具备一定的过冷度，将有利用提升冷却轴承效果和减少冷却介质在传输流道中闪蒸损失。
发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：即使用于冷却轴承的介质在冷却前为液体状态，由于冷却轴承过程为冷却介质吸热过程，故在冷却轴承过程中部分冷却介质吸热气化。气化的冷却介质将带来两个隐患：一、气态具有较大可压缩性，导致轴承与转子之间存在不稳定间隙，在转子高速旋转时，该间隙容易导致失稳和噪音；二、气态冷却介质熵增，部分残留在轴承腔和流道中，造成部分堵塞，影响换热效率。
发明内容
本发明提出一种具有过冷功能的冷媒循环系统，用以优化冷却无油轴承的效果。
本发明提出了一种冷媒循环系统，包括：
压缩机，包括轴承和电机；
引流支路，被构造为冷却所述轴承；以及
冷却支路，与所述引流支路热交换，用于冷却所述引流支路内的冷媒；所述冷却支路还被构造为冷却所述电机。
在一些实施例中，冷媒循环系统还包括：
第一节流装置，设于所述冷却支路，所述第一节流装置用于将所述冷却支路内的流体节流后与所述引流支路内的流体热交换。
在一些实施例中，冷媒循环系统还包括：
第二节流装置，位于冷凝器的下游，所述冷却支路的入口连接于所述第二节流装置的下游。
在一些实施例中，冷媒循环系统还包括：
经济器，位于所述第二节流装置的下游；以及
第三节流装置，位于所述经济器的下游；
其中，冷却支路的入口连接于所述第三节流装置的下游。
在一些实施例中，所述冷却支路包括设于所述电机内的冷却流道。
在一些实施例中，所述冷却流道的下游设有所述第一节流装置。
在一些实施例中，冷媒循环系统还包括：
储液腔，设于所述电机内且作为所述引流支路的一部分，所述冷却支路的部分位于所述储液腔内部。
在一些实施例中，所述冷却支路包括位于所述储液腔内部的过冷盘管，所述过冷盘管的出口与所述电机的转子腔连通。
在一些实施例中，所述第一节流装置设于所述冷却流道和所述过冷盘管之间。
在一些实施例中，冷媒循环系统还包括：
第一引射器，被构造为将所述电机的转子腔内的流体引出。
在一些实施例中，所述第一引射器的压力引入端与所述压缩机的输出口连通，所述第一引射器的引流端与所述压缩机的转子腔输出口连通，所述第一引射器的输出口与经济器连通。
在一些实施例中，冷媒循环系统还包括：
第二引射器，被构造为将冷却所述轴承后的流体引出。
在一些实施例中，所述第二引射器的压力引入端与所述压缩机的输出口连通，所述第二引射器的引流端与所述轴承所在的空腔连通，所述第二引射器的输出口与经济器连通。
在一些实施例中，所述轴承包括无油轴承。
在一些实施例中，所述引流支路还被构造为冷却所述电机的电机壳体。
在一些实施例中，所述引流支路包括设于所述电机壳体的第一通道。
在一些实施例中，所述冷媒循环系统包括空调。
上述技术方案，实现了轴承冷媒的过冷，使得用于冷却轴承的冷媒温度更低，优化了轴承冷却效果，解决了无油轴承工作时热量积存问题；并且同时实现了电机的冷却。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的冷媒循环系统的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的冷媒循环系统中电机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1～图2对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
参见图1和图2，本发明提供了一种冷媒循环系统，包括压缩机1、引流支路2和冷却支路3。压缩机1包括轴承110和电机120。引流支路2被构造为冷却轴承110；冷却支路3与引流支路2热交换，用于冷却引流支路2内的冷媒；冷却支路3还被构造为冷却电机120。
用于冷却轴承110的冷媒比如为液态冷媒，液态冷媒冷却效果好。
在一些实施例中，冷却支路3被构造为先冷却电机120的电机定子122和/或电机转子123，然后冷却引流支路2。比如，先冷却电机定子122，再冷却引流支路2。
下面介绍一些实施例中所采用的冷媒循环系统。
参见图1和图2，冷媒循环系统包括压缩机1、冷凝器6、经济器7以及蒸发器12。从压缩机1出来的冷媒、流向冷凝器6、经济器7、蒸发器12，而后流回压缩机1。
引流支路2从冷凝器6中引出冷媒，该冷媒被冷却支路3中的冷媒冷却后，进入到压缩机1的轴承110所在的空间，以冷却轴承110。
冷却支路3从经济器7的出口引出冷媒，该支路中的冷媒由于经过了经济器7，故温度低于引流支路2中的冷媒。冷媒从经济器7中引出后，流入到电机120中，以冷却电机定子122和电机转子123。而后，冷却支路3与引流支路2换热。
在一些实施例中，冷却支路3与引流支路2换热后的冷媒，冷却支路3中的冷媒仍然温度较低，此温度的冷媒再次流经电机120或者经过节流后再次流经电机120，以二次冷却电机120。后文将详述电机120内的冷媒流道结构，以说明如何二次冷却电机120。
参见图1，在一些实施例中，冷媒循环系统还包括第一节流装置4，第一节流装置4设于冷却支路3，第一节流装置4用于将冷却支路3内的流体节流后与引流支路2内的流体热交换。
第一节流装置4对冷却支路3中的冷媒节流，以降低冷却支路3中的冷媒温度。
参见图1，在一些实施例中，冷媒循环系统还包括第二节流装置5，第二节流装置5位于冷凝器6的下游，冷却支路3的入口连接于第二节流装置5的下游。第二节流装置5对从冷凝器6流出的冷媒进行节流。
在一些实施例中，冷却支路3的入口与经济器7的出口连通，具体比如直接连通或者通过后文所述的第三节流装置8连通。
参见图1，承上述，在一些实施例中，冷媒循环系统还包括经济器7和第三节流装置8。经济器7位于第二节流装置5的下游；第三节流装置8位于经济器7的下游。其中，冷却支路3的入口连接于第三节流装置8的下游。
冷却支路3引用制冷系统中二次节流后的制冷剂作为冷源，并在与引流支路2热交换(或称为过冷)前进行第三次节流，有效地保证了轴承110冷却液体的过冷度，提高了无油轴承润滑和冷却效果。
在一些实施例中，冷却支路3包括电机120的冷却流道130。
参见图2，冷却流道130设于电机120的电机壳体121和电机定子122之间。具体地，冷却流道130是螺旋槽，螺旋槽形成于电机壳体121和电机定子122之间。
冷却流道130作为冷却支路3的一部分，用于输送冷媒。冷媒在输送过程中，顺带冷却了电机120的电机定子122和电机转子123。冷媒经过电机120后，吸热升温。
为了使得升温后的冷媒再次降温，在一些实施例中，冷却流道130的下游设有上文所述的第一节流装置4。经过第一节流装置4节流后的冷媒与引流支路2中的冷媒热交换。
参见图2，在一些实施例中，冷媒循环系统还包括储液腔9，储液腔9设于电机120内且作为引流支路2的其中一段，冷却支路3的部分位于储液腔9内部。
如图2所示，电机壳体121内部设有第一通道102，该第一通道102作为引流支路2的其中一段，其该段位于电机壳体121内部，以冷却电机壳体121。
引流支路2中冷媒的流动路径如下：从冷凝器6中引出的冷媒经过调节阀14后到达第一通道102的流入口1201，参见图2。第一通道102的流出口1202与储液腔9连通，将第一通道102中的冷媒通入到储液腔9中。储液腔9中的冷媒被过冷盘管31中的冷媒冷却，然后经由设于电机壳体121端部的第二通道113流出至轴承110所在的空腔，以冷却轴承110。
参见图2，电机壳体121包括第一壳体124和第二壳体125。第一壳体124设有凹腔，该凹腔由第二壳体125覆盖，以围成储液腔9。储液腔9位于电机120的端部，具体位于前端，如图2所示。
参见图2，在一些实施例中，冷却支路3包括位于储液腔9内部的过冷盘管31，过冷盘管31的出口与电机120的转子腔连通。转子腔被电机转子123分为大概两个部分，分别为前腔126和后腔127。储液腔9与前腔126连通。前腔126通过后文所述的回液结构128与后腔127连通。
参见图2，第一节流装置4设于冷却流道130和过冷盘管31之间。
冷却支路3内冷媒的流动路径如下：从经济器7中引出的冷媒到达冷却流道130的入口1301，然后进入冷却流道130。从冷却流道130流出后到达第一节流装置4，而后进入到位于储液腔9中的过冷盘管31。过冷盘管31中的冷媒与该储液腔9中的冷媒换热。从储液腔9内的过冷盘管31流出的冷媒流入到电机120的转子腔的前腔126，以冷却电机120内部的绕组，然后沿着回液结构128流向转子腔的后腔127，然后经由流体出口1302流出后腔127。
回液结构128包括设于电机定子122上的长孔，长孔的轴心线平行于电机转子123的轴心线。长孔的数量比如为一条。
电机定子122和电机转子123之间还设置有回气结构131。如图1所示，冷媒循环系统还设有补气流道13，以对压缩机1补气。
上述技术方案，储液腔9内过冷盘管31中的冷媒与储液腔9内的冷媒换热后，过冷盘管31中的冷媒流向电机转子腔，实现了对电机绕组129的冷却。并且，引用制冷系统第一节流装置4节流后的制冷剂作为冷源，与冷却轴承110的制冷剂换热，从而获得过冷冷媒。换热后的冷源仍具有较低温度，通过流道转换，储液腔9内的冷媒对电机定子122端面电机绕组129实现环形均匀喷液，并对电机定子122和电机转子123二次冷却。
参见图1，在一些实施例中，冷媒循环系统还包括第一引射器10，第一引射器10用于将第二冷却流道130内的流体引出。
参见图1和图2，第一引射器10的压力引入端104与压缩机1的输出口连通，第一引射器10的引流端105与转子腔输出口(具体为流体出口1302)连通，第一引射器10的输出口106与经济器7连通，以将冷媒输回至经济器7。若未设置经济器7，则可将冷媒回收至蒸发器12。
上述技术方案，第一引射器10引用二级压缩机1后高压气体作为引射动力源，通过第一引射器10快速引走冷却后的气液混合介质，保持冷却支路3通畅，保证冷却效率，实现快速回气。
参见图1，为了回收引流支路2内利用完的冷媒，在一些实施例中，冷媒循环系统还包括第二引射器11，第二引射器11用于将冷却轴承110后的流体引出。
第二引射器11的压力引入端115与压缩机1的输出口连通，第二引射器11的引流端116与被冷却的轴承110所在的空腔连通，第二引射器11的输出口117与经济器7连通，以将冷媒回收至经济器7。若未设置经济器7，则可将冷媒回收至蒸发器12。
上述技术方案，第二引射器11引用二级压缩机1后高压气体作为引射动力源，通过第二引射器11快速引走冷却后的气液混合介质，保持冷却支路3通畅。
在一些实施例中，轴承110包括无油轴承。
在一些实施例中，冷媒循环系统包括空调。
下面结合图1和图2介绍一些具体实施例。
如上的冷媒、压缩机1、冷凝器6、第二节流装置5、经济器7、第三节流装置8、蒸发器12等部件组成了双级压缩中间补气的制冷循环系统。
按照冷媒流动方向，用于实现轴承110冷却液过冷的冷媒的前两次节流在上述制冷循环系统中实现，分别是对冷凝器6流出的冷媒节流、对经济器7流出的冷媒节流。
参见图1，通过节流设计，冷媒经过第二节流装置5后发生第一次节流，实现降温降压，转化为冷媒s4。冷媒s4节流过程中闪蒸形成的气态冷媒补气则通过经济器7的气液分离作用，达到补气流道，对压缩机1进行补气。剩余的液体冷媒105则进入第三节流装置8，进行第二次节流，转化为温度与压力更低的冷媒s6。
参见图1，如上的冷媒s6首先用于冷却压缩机1的主电机120，电机120的冷却流道130，如图2所示，冷媒s6与图2的电机定子122外表面换热后转化为冷媒s7。
上述的冷媒s7在吸收电机定子122换热后温度有所提升。为保证后续轴承110冷却液的过冷效果，在一些实施例中，设置了第一节流装置4，以实现第三次节流，此时获得低温的冷媒s9。直接用于冷却无油轴承的冷媒s8从冷凝器6取液，经过电动调节阀5后，相当于实现节流，冷媒s8由高温高压液体变为低温低压液体，进入储液腔9。
参见图1，为进一步获得具有过冷度的冷媒s3，冷媒s8在储液腔9中通过内置式的过冷盘管与冷媒s9换热。上述换热后的冷源冷媒(换热后)通过图2的过冷冷媒出口喷嘴进入电机120的前腔126，对电机转子123和定子进行二次冷却，最终通过电机120冷却回气口16回到经济器7。
对于上述冷媒s6来说，需将其流回经济器7，但其压力却低于经济器7。为了解决压差问题，在一些实施例中设置了第一引射器10取冷媒s2，利用经压缩机1二级压缩后的气体压力远高于经济器7压力的原理，冷媒s2经过第一引射器10快速流向经济器7，并利用引射原理带动被引射的冷媒s10也流向经济器7。
参见图1，上述换热后获得过冷度的冷媒s3则用于冷却、润滑无油轴承。部分冷媒s3在吸收无油轴承热量后气化，成为气液混合的冷媒s11。为保证轴承110可靠性，需尽快把冷却后气态冷媒引走，故在一些实施例中设置了第二引射器11取回冷媒s2，同样利用经压缩机1二级压缩后的气体压力远高于经济器7压力的原理，冷媒s2经过第二引射器11快速流向经济器7，并利用引射原理带动被引射的冷媒s11也流向经济器7。高压的冷媒s2与被引射的冷媒s11混合后变成气液混合的冷媒s12，进而去到经济器7。
下面结合附图2再对第三次冷源节流过程做进一步说明：
如上所述的电机定子122和第一壳体124共同组成冷却流道130。具体地，第一机座上设有螺旋槽，定子和该螺旋槽共同形成冷却流道130。工作时，图1的冷媒s6通过第二冷媒进口进入冷却流道130，与电机定子122表面换热以达到冷却电机120目的。冷却电机定子122后，冷媒s6吸收电机定子122热量后温度上升。为进一步保证后续过冷效果，在第一壳体124中集成设置了孔板式的第一节流装置4，实现冷媒s6的第三次节流，形成图1所示的低温冷媒s9。
冷却轴承110的冷媒如图1的冷媒s8所示，在图2中冷媒s8通过进入储液腔9。在储液腔9中，为使得冷媒s8具有一定过冷度，在一些实施例中设置了内置式的过冷盘管31。工作时，过冷盘管31内部流动低温的冷媒s9，外部为冷媒s8，故冷媒s9吸收冷媒s8热量，使冷媒s8达到过冷状态，形成图1所示的冷媒s3，从而冷却和润滑轴承110。如冷却轴承110后的冷媒s3吸热变为气液混合态，汇集于第一冷媒出口，通过图1所示的第二引射器11被快速引射到经济器7。
如上的冷媒s9吸收冷媒s8热量后，变为图1所示的冷媒s10，进而汇集在环形腔。环形腔中的冷媒s10通过过冷冷媒出口喷嘴，均匀地喷洒到电机定子122左端面的绕组上。此后，气态的冷媒s10沿着回气结构131流过，实现二次冷却电机转子123和电机定子122。液态的冷媒s10沿着回液结构128流过，实现二次冷却电机定子122。上述回气结构131和回液结构128中流过的冷媒汇集于电机120的后腔127，沿着流体出口1302和外置流道最终流向图1所示的经济器7。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (17)
1.一种冷媒循环系统，其特征在于，包括：
压缩机(1)，包括轴承(110)和电机(120)；
引流支路(2)，被构造为冷却所述轴承(110)；以及
冷却支路(3)，与所述引流支路(2)热交换，用于冷却所述引流支路(2)内的冷媒；所述冷却支路(3)还被构造为冷却所述电机(120)。
2.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括：
第一节流装置(4)，设于所述冷却支路(3)，所述第一节流装置(4)用于将所述冷却支路(3)内的流体节流后与所述引流支路(2)内的流体热交换。
3.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括：
第二节流装置(5)，位于冷凝器(6)的下游，所述冷却支路(3)的入口连接于所述第二节流装置(5)的下游。
4.根据权利要求3所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括：
经济器(7)，位于所述第二节流装置(5)的下游；以及
第三节流装置(8)，位于所述经济器(7)的下游；
其中，所述冷却支路(3)的入口连接于所述第三节流装置(8)的下游。
5.根据权利要求2所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷却支路(3)包括设于所述电机(120)内的冷却流道(130)。
6.根据权利要求5所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷却流道(130)的下游设有所述第一节流装置(4)。
7.根据权利要求1或6所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括：
储液腔(9)，设于所述电机(120)内且作为所述引流支路(2)的一部分，所述冷却支路(3)的部分位于所述储液腔(9)内部。
8.根据权利要求7所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷却支路(3)包括位于所述储液腔(9)内部的过冷盘管(31)，所述过冷盘管(31)的出口与所述电机(120)的转子腔连通。
9.根据权利要求7所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第一节流装置(4)设于所述冷却流道(130)和所述过冷盘管(31)之间。
10.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括：
第一引射器(10)，被构造为将所述电机(120)的转子腔内的流体引出。
11.根据权利要求10所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第一引射器(10)的压力引入端(104)与所述压缩机(1)的输出口连通，所述第一引射器(10)的引流端(105)与所述压缩机(1)的转子腔输出口连通，所述第一引射器(10)的输出口(106)与经济器(7)连通。
12.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，还包括：
第二引射器(11)，被构造为将冷却所述轴承(110)后的流体引出。
13.根据权利要求12所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述第二引射器(11)的压力引入端(115)与所述压缩机(1)的输出口连通，所述第二引射器(11)的引流端(116)与所述轴承(110)所在的空腔连通，所述第二引射器(11)的输出口(117)与经济器(7)连通。
14.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述轴承(110)包括无油轴承。
15.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述引流支路(2)还被构造为冷却所述电机(120)的电机壳体(121)。
16.根据权利要求15所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述引流支路(2)包括设于所述电机壳体(121)的第一通道(102)。
17.根据权利要求1所述的冷媒循环系统，其特征在于，所述冷媒循环系统包括空调。
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