CN111373213A - 两级油动力喷射器系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于冷却器组件的喷射器系统。所述系统包括第一喷射器和第二喷射器。所述第一喷射器包括第一抽吸入口、第一动力入口、以及第一出口,所述第一抽吸入口接收来自压缩机的气室的第一油与制冷剂混合物,所述第一动力入口接收来自油槽的第一动力流体,并且所述第一出口将第一出口混合物排放到所述油槽。所述第一出口混合物包括所述第一油与制冷剂混合物以及所述第一动力流体两者。所述第二喷射器包括第二抽吸入口、第二动力入口、以及第二出口,所述第二抽吸入口接收来自蒸发器的第二油与制冷剂混合物,所述第二动力入口接收来自冷凝器的第二动力流体,并且所述第二出口将第二出口混合物排放到所述压缩机的气室。所述第二出口混合物包括所述第二油与制冷剂混合物以及所述第二动力流体两者。

Description

两级油动力喷射器系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月25日提交的美国临时申请号62/562,895的权益和优先权,所述申请的全部披露内容通过援引并入本文。
背景技术
建筑物可以包括暖通空调(HVAC)系统。
发明内容
本披露的一个实施方式是一种用于冷却器组件的喷射器系统。所述喷射器系统包括第一喷射器和第二喷射器。所述第一喷射器包括第一抽吸入口、第一动力入口、以及第一出口,所述第一抽吸入口接收来自压缩机的气室的第一油与制冷剂混合物,所述第一动力入口接收来自油槽的第一动力流体,并且所述第一出口将第一出口混合物排放到所述油槽。所述第一出口混合物包括所述第一油与制冷剂混合物以及所述第一动力流体两者。所述第二喷射器包括第二抽吸入口、第二动力入口、以及第二出口,所述第二抽吸入口接收来自蒸发器的第二油与制冷剂混合物,所述第二动力入口接收来自冷凝器的第二动力流体,并且所述第二出口将第二出口混合物排放到所述压缩机的气室。所述第二出口混合物包括所述第二油与制冷剂混合物以及所述第二动力流体两者。
所述第一动力流体可以是加压油。所述第二动力流体可以是加压制冷剂气体。所述第一油与制冷剂混合物中的油的百分比可以在从33%至50%的范围内。所述第二油与制冷剂混合物中的油的百分比可以在从0.5%至2%的范围内。所述制冷剂可以是R1233zd。
本披露的另一实施方式是一种冷却器组件。所述冷却器组件包括由气密性密封的感应马达驱动的离心式压缩机、冷凝器、以及蒸发器。所述离心式压缩机、所述冷凝器以及所述蒸发器在封闭的制冷剂环路中相连。所述冷却器组件进一步包括油动力喷射器系统。所述油动力喷射器系统包括油槽、第一喷射器以及第二喷射器。所述第一喷射器包括第一抽吸入口、被配置用于接收来自所述油槽的第一动力流体的第一动力入口、以及第一出口。所述第二喷射器包括第二抽吸入口、被配置用于接收来自所述冷凝器的第二动力流体的第二动力入口、以及第二出口。
所述第一抽吸入口可以接收来自所述离心式压缩机的气室的第一油与制冷剂混合物。所述第一油与制冷剂混合物中的油的百分比可以在从33%至50%的范围内。所述第一出口可以将第一出口混合物排放到所述油槽。所述第一出口混合物可以包括所述第一油与制冷剂混合物以及所述第一动力流体。所述第一动力流体可以是加压油。
所述第二抽吸入口可以接收来自所述蒸发器的第二油与制冷剂混合物。所述第二油与制冷剂混合物中的油的百分比可以在从0.5%至2%的范围内。所述第二出口可以被配置用于将第二出口混合物排放到所述离心式压缩机的气室。所述第二出口混合物可以包括所述第二油与制冷剂混合物以及所述第二动力流体。所述第二动力流体可以是加压制冷剂气体。所述制冷剂可以是R1233zd。
本披露的又一个实施方式是一种冷却器组件。所述冷却器组件包括由马达驱动的压缩机、冷凝器以及蒸发器。所述压缩机、所述冷凝器以及所述蒸发器在封闭的制冷剂环路中相连。所述冷却器组件进一步包括油动力喷射器系统。所述油动力喷射器系统包括油槽、第一喷射器以及第二喷射器。所述第一喷射器包括第一抽吸入口、第一动力入口以及第一出口,所述第一抽吸入口被配置用于接收来自所述压缩机的气室的第一油与制冷剂混合物,所述第一动力入口被配置用于接收来自所述油槽的加压油动力流体,并且所述第一出口被配置用于将第一出口混合物排放到所述油槽。所述第二喷射器包括第二抽吸入口、第二动力入口、以及第二出口。
所述第二抽吸入口可以接收来自所述蒸发器的第二油与制冷剂混合物,所述第二动力入口可以接收来自所述冷凝器的第二动力流体,所述第二出口可以将第二出口混合物排放到所述压缩机的气室。所述第二动力流体可以是加压制冷剂气体。所述第一油与制冷剂混合物中的油的百分比可以在从33%至50%的范围内,并且所述第二油与制冷剂混合物中的油的百分比可以在从0.5%至2.0%的范围内。
附图说明
图1是根据一些实施例的冷却器组件的透视图。
图2是根据一些实施例的图1的冷却器组件的立视图。
图3是根据一些实施例的用于图1的冷却器组件中的两级油动力喷射器系统的示意图。
图4是根据一些实施例的可以用于图3的两级系统中的马达和压缩机的截面视图。
图5是根据一些实施例的可以用于图3的两级系统中的油动力喷射器的截面视图。
图6是根据一些实施例的可以用于图3的两级系统中的气体动力喷射器的截面视图。
具体实施方式
本披露总体涉及一种用于冷却器组件中的两级油动力喷射器系统。冷却器组件除了其他部件之外还可以包括:在封闭的制冷剂环路中的蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀装置。压缩机可以包括由马达驱动的叶轮,并且马达可以由经油润滑的轴承来支撑,当马达轴旋转并驱动叶轮时这些轴承维持马达轴的位置。当马达被气密性密封时(例如,马达在封闭的制冷剂环路内,并且气密性壳体包封了压缩机和马达两者),这些轴承必须通过内部供油系统进行润滑并冷却。内部供油系统导致润滑油不可避免地暴露给制冷剂。制冷剂中存在润滑油降低了制冷剂的热传递能力。同时,润滑油中存在制冷剂降低了润滑油的粘度并且可能在油系统中产生气蚀。因此,气密性密封的压缩机组件的供油系统必须设计成限制由润滑油与制冷剂混合引起的有害影响。
可以使用一个或多个喷射器来使润滑油循环穿过内部供油系统。喷射器(也称为喷射泵)是没有移动部件的泵,所述泵可以利用流体来根据文丘里效应做功来泵送另一种流体。文丘里效应是当流体流过管道的收缩区段时可能导致的流体压力降低(并且速度对应地增大)。被泵送穿过喷射器的流体称为抽吸流体,而做功的流体称为动力流体、并且可以是液体(例如,油)或气体。在冷却器组件中避免机械泵可以是有益的,因为系统的复杂性减小并且由于缺少移动部件而使得可靠性问题的风险较低。
喷射器的操作可以如下:加压动力流体穿过动力入口进入喷射器中并进入喷嘴中。喷嘴致使动力流体在穿过所述喷嘴的会聚部分时加速。随着动力流体离开喷嘴,其进入抽吸室,在所述抽吸室中所述动力流体与抽吸流体混合。这两种类型的流体之间的摩擦迫使混合物进入扩散器区段,这降低了抽吸室中的压力并将额外的抽吸流体经由抽吸入口拉入所述室中。扩散器区段可以被成形为降低流体混合物的速度,从而相应地增大其在喷射器出口处的压力。
冷却器组件在制冷剂压头下操作,所述制冷剂压头压力取决于多种因素,包括冷却器组件安装现场的本地天气状况以及制冷剂的性质。例如,典型的工业冷却器组件的表压可以在从最小30psi到最大250psi的范围内。在低压头操作期间(例如,当在冷却器组件中使用低压制冷剂时),蒸发器与冷凝器之间的表压差可以为20psi或更小,从而导致气体动力喷射器的性能显著降低。如果蒸发器与冷凝器之间的表压差降低至5psi以下,则气体动力喷射器可能停止作用。
为了克服低压头条件并移动足够的制冷剂以回收损失的油,可以使用大的喷射器孔。然而,当具有大孔的气体喷射器被排放到油槽中时,通过所述油槽的总制冷剂流量可能变得过大。油动力喷射器可以很好地克服压头的不足,因为它们在恒定的动力压力下操作,但是当制冷剂进入喷射器的扩散器部分时,油动力喷射器对混合冲击敏感,而导致喷射器阻塞。从油槽去除大量制冷剂负荷以产生更稳定的油抽吸条件的系统将是有用的。
总体参照附图,示出了具有两级油动力喷射器系统的冷却器组件。具体参照图1至图2,描绘了冷却器组件100的示例实施方式。冷却器组件100被示出为包括由电机104驱动的压缩机102、冷凝器106、以及蒸发器108。制冷剂通过蒸气压缩循环,循环通过冷却器组件100。冷却器组件100还可以包括控制面板114,用以控制蒸气压缩循环在冷却器组件100内部的运行。
电机104由变速驱动装置(VSD)110供电。VSD 110从交流(AC)电源(未示出)接收具有特定固定线路电压和固定线路频率的AC电力,并且向电机104提供具有可变电压和频率的电力。电机104可以是可由VSD 110供电的任何类型的电动机。例如,电机104可以是高速感应电机。压缩机102由电机104驱动,以压缩通过抽吸管线112从蒸发器108接收到的制冷剂蒸气、并且通过排放管线124将制冷剂蒸气输送至冷凝器106。压缩机102可以是离心式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、或任何其他类型的合适的压缩机。例如,在图4中描绘的实施方式中,压缩机102是离心式压缩机。
蒸发器108包括内部管束、用于向内部管束供应和去除过程流体的供应管线120和回流管线122。经由循环工艺流体的导管,供应管线120与回流管线122可以与HVAC系统(例如,空气处理器)内部的部件处于流体连通。工艺流体是用于冷却建筑物的冷却液体,并且可以是但不限于水、乙二醇、氯化钙盐水、氯化钠盐水、或任何其他合适的液体。蒸发器108被配置用于在工艺流体穿过蒸发器108的管束并与制冷剂进行热交换的过程中,降低工艺流体的温度。制冷剂蒸气由制冷剂液体在蒸发器108中形成,所述制冷剂液体被输送至蒸发器108、与工艺流体进行热交换、发生相变成为制冷剂蒸气。
由压缩机102输送到冷凝器106的制冷剂蒸气将热量传递给流体。由于与流体进行热量传递,制冷剂蒸气在冷凝器106中冷凝成制冷剂液体。来自冷凝器106的制冷剂液体流过膨胀装置并回流至蒸发器108,以完成冷却器组件100的制冷剂循环。冷凝器106包括供应管线116与回流管线118,用于使流体在冷凝器106与HVAC系统的外部部件(例如,冷却塔)之间循环。经由回流管线118供应给冷凝器106的流体与冷凝器106中的制冷剂进行热交换、并且经由供应管线116从冷凝器106中移除,以完成循环。循环通过冷凝器106的流体可以是水或任何其他合适的液体。
在一些实施例中,制冷剂具有小于400kPa或大约58psi的操作压力。在进一步的实施例中,制冷剂是R1233zd。R1233zd是一种不易燃的氟化气体,相对于商用冷却器组件中使用的其他制冷剂而言,其具有较低的全球变暖潜能值(GWP)。GWP是为比较不同气体对全球变暖的影响而制定的一项衡量标准,方法是量化1吨气体的排放量在一定时段内相对于1吨二氧化碳的排放量将吸收多少能量。
现在参照图3,描绘了示例两级油动力喷射器系统的示意图。所述两级系统可以包括油动力喷射器202和气体动力喷射器204两者。所述系统可以如下操作:可以通过气体动力喷射器204将油与制冷剂混合物从冷凝器108吸出。油与制冷剂混合物管线208可以输送具有按重量计范围在0.5%至2%内的油和98%至99.5%的制冷剂的混合物。产生穿过气体动力喷射器204的抽吸力的动力流体可以是从冷凝器106供应的高度加压的制冷剂气体206。
在经由管线210离开气体动力喷射器204之后,油与制冷剂混合物可以被推进到压缩机102的气室区域220。气室区域220是冷却器组件100中的最低压力区域之一,并且可以与压缩机的排放部分或蜗壳部分共享壁(下文参照图4进一步详细示出)。在一些实施例中,气室区域220与排放部分之间的壁可以由铸铁制造。穿过壁传导到气室区域200的低压和热量的组合可能导致油与制冷剂混合物中的一部分制冷剂在压缩机气室区域220中沸腾。除了由于制冷剂的蒸发导致的油浓度增大之外,气室区域220可以作为油滴的天然收集器,油滴可以与油与制冷剂混合物共混,并进一步提高油与制冷剂混合物中的相对油浓度。例如,在一些实施例中,在气室区域220中收集的高浓度油混合物可以具有范围为33%-50%的油和50%-67%的制冷剂。
高浓度油混合物可以经由管线222从气室区域220排放到油动力喷射器202的抽吸入口中。高浓度油混合物可以被经由管线218输送的高压动力油推进穿过油动力喷射器202。油动力喷射器202可以将高浓度油混合物经由排放管线212排放到油槽214。
油槽214可以用作收集润滑油的储器,并且可以包括浸没式油泵216。通过利用在油槽214中收集的周围的油所产生的抽吸,浸没式油泵216可以被配置用于从油槽214排放加压的润滑油。在各种实施例中,油泵216可以配置为在冷却器操作期间一直运行,并且可以在恒定的压力下运行而无论制冷剂压头压力如何,从而使得向油动力喷射器202供应稳定的动力流体。从油槽214排放的油可以在沿着两个单独的路径分叉之前穿过过滤器228。加压油的第一部分被输送到马达104,用于在通过马达泄油管线226回流到油槽214之前润滑马达104的旋转部件。如上所述,加压油的第二部分被输送到油动力喷射器202,以用作经由管线222离开气室区域220的高浓度油与制冷剂混合物的动力流体。
两级油动力喷射器系统进一步示出为包括油槽排气管线224,所述油槽排气管线将油槽214流体地耦接到压缩机102。油槽排气管线224可以被配置用于从油槽214排放制冷剂蒸气。与较高压力的制冷剂相比,低压制冷剂(例如,R1233zd)需要从油槽214排出更大量的制冷剂,以确保油槽214和油泵216的最佳操作。通过从油动力喷射器202经由管线212向油槽214供应高浓度油混合物,供应到油槽214的制冷剂的量被最小化,并且油槽排气管线224的尺寸(例如,直径)可以相应地被最小化。
现在参照图4,示出了根据一些实施例的可以用于图3的两级系统中的压缩机102和马达104的截面视图。如上所述,马达104是气密性密封的高速感应马达,而压缩机102是离心式压缩机。在其他实施例中,冷却器组件100可以包括不同类型的马达和/或不同类型的压缩机。
压缩机102包括气室区域220。气室区域220接收来自压缩机102的排放部分或蜗壳部分230的热量,并且因此可以提供方便的区域,以用于使从气体动力喷射器204排放的且使用管线210接收的油与制冷剂混合物中的过量的制冷剂沸腾。可以通过气室壁232传导热量,所述气室壁可以由铸铁制成。在其他实施例中,压缩机102的部件(包括气室壁232)可以由另一种合适的材料制成。过量的制冷剂已经在气室区域220中沸腾之后,可以使用管线222从压缩机102排放所得的油与制冷剂混合物。图4中描绘的压缩机102与马达104组件进一步被示为包括两个排气管线。油槽排气管线224可以将过量的制冷剂蒸气从油槽排放到气室区域220,而马达壳体排气管线234可以将过量的制冷剂蒸气从马达104的壳体排放到蒸发器。
图5是可以用于图3的两级系统中的油动力喷射器202的截面视图。油动力喷射器202被示为包括动力入口302、抽吸入口304、以及扩散器出口306。动力入口302经由管线218接收来自油槽214的高压油,而抽吸入口304经由管线222接收来自压缩机气室220的高浓度油与制冷剂混合物。在一些实施中,经由管线222接收的高浓度油与制冷剂混合物包括范围为33%-50%的油和50%-67%的制冷剂。扩散器出口306随后将高浓度油与制冷剂混合物以及动力油的混合物经由管线212排放回到油槽214。
图6是可以用于图3的两级系统中的气体动力喷射器204的截面视图。类似于上文参照图5描述的油动力喷射器202,气体动力喷射器204包括动力入口402、抽吸入口404和扩散器出口406。动力入口402经由管线206从冷凝器106接收高压制冷剂气体,而抽吸入口404经由管线208从蒸发器108接收油与制冷剂混合物。如上所述,在一些实施方式中,经由管线208接收的油与制冷剂混合物包括范围为0.5%-2%的油和98%-99.5%的制冷剂。扩散器出口406随后将油与制冷剂以及冷凝器气体的混合物经由管线210排放到压缩机气室220。
如各示例性实施例中所示出的系统和方法的构造和布置仅是说明性的。尽管本披露内容中仅详细描述了几个实施例,但是许多修改是可能的(例如,各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)。例如,元件的位置可以颠倒或以其他方式变化,并且离散元件的性质或数量或位置可以更改或变化。因此,所有这种修改旨在被包括在本披露内容的范围内。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。在不脱离本披露范围的情况下,可以在示例性实施例的设计、操作条件和布置方面作出其他替代、修改、改变、和省略。

Claims (20)

1.一种用于冷却器组件的喷射器系统,所述喷射器系统包括:
第一喷射器,所述第一喷射器包括:
第一抽吸入口,所述第一抽吸入口用于接收来自压缩机的气室的第一油与制冷剂混合物;
第一动力入口,所述第一动力入口用于接收来自油槽的第一动力流体;以及
第一出口,所述第一出口用于将第一出口混合物排放到所述油槽,所述第一出口混合物包括所述第一油与制冷剂混合物以及所述第一动力流体;以及
第二喷射器,所述第二喷射器包括:
第二抽吸入口,所述第二抽吸入口用于接收来自蒸发器的第二油与制冷剂混合物;
第二动力入口,所述第二动力入口用于接收来自冷凝器的第二动力流体;以及
第二出口,所述第二出口用于将第二出口混合物排放到所述压缩机的气室,所述第二出口混合物包括所述第二油与制冷剂混合物以及所述第二动力流体。
2.如权利要求1所述的喷射器系统,其中,所述第一动力流体包括加压油。
3.如权利要求1所述的喷射器系统,其中,所述第二动力流体包括加压制冷剂气体。
4.如权利要求1所述的喷射器系统,其中,所述第一油与制冷剂混合物中的油的百分比在从33%至50%的范围内。
5.如权利要求1所述的喷射器系统,其中,所述第二油与制冷剂混合物中的油的百分比在从0.5%至2%的范围内。
6.如权利要求1所述的喷射器系统,其中,所述制冷剂为R1233zd。
7.一种冷却器组件,包括:
由气密性密封的感应马达驱动的离心式压缩机;
冷凝器;
蒸发器;以及
油动力喷射器系统,所述油动力喷射器系统包括:
油槽;
第一喷射器,所述第一喷射器包括第一抽吸入口、被配置用于接收来自所述油槽的第一动力流体的第一动力入口、以及第一出口;以及
第二喷射器,所述第二喷射器包括第二抽吸入口、被配置用于接收来自所述冷凝器的第二动力流体的第二动力入口、以及第二出口;以及
所述离心式压缩机、所述冷凝器以及所述蒸发器在封闭的制冷剂环路中相连。
8.如权利要求7所述的冷却器组件,其中,所述第一抽吸入口被配置用于接收来自所述离心式压缩机的气室的第一油与制冷剂混合物。
9.如权利要求8所述的冷却器组件,其中,所述第一油与制冷剂混合物中的油的百分比在从33%至50%的范围内。
10.如权利要求8所述的冷却器组件,其中,所述第一出口被配置用于将第一出口混合物排放到所述油槽,所述第一出口混合物包括所述第一油与制冷剂混合物以及所述第一动力流体。
11.如权利要求7所述的冷却器组件,其中,所述第一动力流体包括加压油。
12.如权利要求7所述的冷却器组件,其中,所述第二抽吸入口被配置用于接收来自所述蒸发器的第二油与制冷剂混合物。
13.如权利要求12所述的冷却器组件,其中,所述第二油与制冷剂混合物中的油的百分比在从0.5%至2%的范围内。
14.如权利要求12所述的冷却器组件,其中,所述第二出口被配置用于用于将第二出口混合物排放到所述离心式压缩机的气室,所述第二出口混合物包括所述第二油与制冷剂混合物以及所述第二动力流体。
15.如权利要求7所述的冷却器组件,其中,所述第二动力流体包括加压制冷剂气体。
16.如权利要求7所述的冷却器组件,其中,所述制冷剂为R1233zd。
17.一种冷却器组件,包括:
由马达驱动的压缩机;
冷凝器;
蒸发器;以及
油动力喷射器系统,所述油动力喷射器系统包括:
油槽;
第一喷射器,所述第一喷射器包括:
第一抽吸入口,所述第一抽吸入口被配置用于接收来自所述压缩机的气室的第一油与制冷剂混合物,
第一动力入口,所述第一动力入口被配置用于接收来自所述油槽的加压油动力流体,以及
第一出口,所述第一出口被配置用于将第一出口混合物排放到所述油槽;以及
第二喷射器,所述第二喷射器包括第二抽吸入口、第二动力入口、以及第二出口;以及
所述压缩机、所述冷凝器以及所述蒸发器在封闭的制冷剂环路中相连。
18.如权利要求17所述的冷却器组件,其中,所述第二抽吸入口被配置用于接收来自所述蒸发器的第二油与制冷剂混合物,所述第二动力入口被配置用于接收来自所述冷凝器的第二动力流体,并且所述第二出口被配置用于将第二出口混合物排放到所述压缩机的气室。
19.如权利要求18所述的冷却器组件,其中,所述第二动力流体包括加压制冷剂气体。
20.如权利要求18所述的冷却器组件,其中,所述第一油与制冷剂混合物中的油的百分比在从33%至50%的范围内,并且其中,所述第二油与制冷剂混合物中的油的百分比在从0.5%至2.0%的范围内。
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