CN113153745A - 具有多个压缩机元件的压缩机系统 - Google Patents

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Abstract

压缩机系统设成用于制冷剂流体的压缩。压缩机系统包括具有第一和第二压缩机元件壳体的第一和第二压缩机元件。均衡管路使第一和第二压缩机元件壳体在吸入侧处流体地连接，以便允许压力在第一和第二压缩机元件壳体之间的均衡以及润滑剂在压缩机元件壳体之间的流动。在均衡管路上的均衡阀用于打开和关闭第一和第二压缩机元件壳体之间的连接。压缩机系统布置成用于使用第一和第二压缩机元件两者的全负载操作以及用于未利用压缩机元件中的一个的部分负载操作。均衡阀在全负载操作期间被打开，并且在部分负载操作期间被关闭，以由此防止润滑剂和/或制冷剂流体在部分负载操作期间在第一和第二压缩机元件壳体之间的移动。

Description

具有多个压缩机元件的压缩机系统
技术领域
本发明涉及使用用于制冷剂流体的压缩的多个压缩机元件的压缩机系统以及对应的用于操作这样的压缩机系统的方法。
背景技术
要求使用制冷循环来在各种类型的制冷回路中压缩制冷剂流体。这包括用于诸如在制冷存储系统和/或空调系统中提供冷却的制冷循环以及用于诸如在热泵的情况下提供加热的制冷循环。典型的压缩机需要润滑，这可来自制冷剂流体，更经常地涉及添加的润滑剂。有效地处置润滑剂是很重要的。一些已知的压缩机使用多个压缩机元件(特别地，多个并行的压缩机元件)，从而通过启用或停用一个或多个压缩机元件以调整压缩容量而允许负载上的变化。该类型的布置对于压缩机元件诸如涡旋式压缩机或旋转式压缩机是已知的。
发明内容
从第一方面看，本发明提供一种用于制冷剂流体的压缩的压缩机系统，压缩机系统包括：用于制冷剂流体的压缩的第一压缩机元件，第一压缩机元件位于第一压缩机元件壳体内；用于制冷剂流体的压缩的第二压缩机元件，第二压缩机元件位于第二压缩机元件壳体内；均衡管路，其使第一压缩机元件壳体和第二压缩机元件壳体在吸入侧处流体地连接，以便允许压力在第一压缩机元件壳体与第二压缩机元件壳体之间的均衡以及润滑剂在压缩机元件壳体之间的流动；以及位于均衡管路上的均衡阀，其用于打开和关闭经由均衡管路的第一压缩机元件壳体与第二压缩机元件壳体之间的连接；其中，压缩机系统布置成用于使用第一压缩机元件和第二压缩机元件两者的全负载操作以及用于压缩机元件中的一个未被利用的部分负载操作；其中，压缩机系统布置成在全负载操作期间打开均衡阀；并且其中，压缩机系统布置成在部分负载操作期间关闭均衡阀，以由此防止润滑剂和/或制冷剂流体在部分负载操作期间在第一压缩机元件壳体与第二压缩机元件壳体之间的移动。
在该布置的情况下，均衡管路允许流体在第一压缩机元件壳体的吸入侧与第二压缩机元件壳体的吸入侧之间的移动，由此经由润滑剂和/或制冷剂流体的移动实现压力均衡。在当第一压缩机元件和第二压缩机元件中的一个未被利用时的部分负载操作期间，均衡管路始终被关闭。这是明显的，因为否则，操作的压缩机元件壳体中的吸力将从穿过不活动的压缩机元件壳体抽吸润滑剂，从而由于压缩机元件的过度润滑导致操作上的不平衡和低效性。除此之外，将存在过多的润滑剂与来自压缩机系统的被压缩的制冷剂一起在制冷回路中循环的风险。关闭均衡阀还意味着制冷剂流体不能在部分负载操作期间沿着均衡管路流动，即，防止气体/气体旁路的再循环。
因而，均衡管路(结合均衡阀及其在部分负载操作期间的关闭)具有如下的结果：润滑剂能够在全负载操作期间更有效地被分配，同时确保在部分负载操作期间避免润滑剂的不需要的重新分配。压缩机系统能够始终以润滑剂的优化的分配操作，这提高体积压缩效率。
重要的是，注意到，所提出的布置不同于使用位于压缩机元件壳体的排出侧而非吸入侧处的均衡管路的多个压缩机元件压缩机系统。这样的系统倾向于具有对于润滑剂的分配的不同形式和不同要求。除了不同于使用位于排出侧处的均衡管路之外，所提出的布置还在很大程度上不同于要求用于润滑剂的分离和分配的更复杂的布置的压缩机系统。特别地，在示例实施例中，本压缩机系统不包括用于将润滑剂与制冷剂分离的分离器。压缩机系统可能依赖于用于润滑剂的分离的重力和/或来自压缩机元件的移动的加速力。备选地或附加地，压缩机系统不包括用于润滑剂的主动分配的部件。相反，压缩机系统有利地依赖于被压缩机元件所产生的压差驱动的润滑剂的被动分配，以便使润滑剂在压缩机元件壳体之间移动。因而，压缩机系统例如不包括润滑剂泵。
每个压缩机元件壳体可以包括典型地位于壳体的基部(即，当压缩机在使用时的壳体的最底下的部分)处的润滑剂贮槽。均衡管路可以提供第一压缩机元件壳体的润滑剂贮槽与第二压缩机元件壳体的润滑剂贮槽之间的连接，并且，贮槽可以位于壳体的吸入侧处。在此情况下，与制冷剂的移动相反，主要地存在当第一压缩机元件和第二压缩机元件在均衡阀打开的情况下活动时的压力的均衡期间的润滑剂的移动。吸入压力能够有效地均衡，并且，存在润滑剂的正确分配。当两个压缩机元件正被使用时，于是，如果存在吸入压力的差，则较低压力压缩机元件壳体将从穿过较高压力压缩机元件壳体抽吸润滑剂，并且，吸入压力将由于润滑剂移动而变得平衡。相反地，压缩机元件壳体内的润滑剂的量对压缩效率和内部压力造成影响，使得压缩机元件壳体中的一个中的过高的润滑剂水平将引起内部压力的不平衡，其中，这在均衡阀打开时通过使润滑剂移动通过均衡管路而被自动地抵消。
均衡管路在每个压缩机元件壳体的吸入侧处被连接。压缩机元件壳体各自具有吸入侧和排出侧。吸入侧是联接到压缩机系统的吸入入口端口的较低压力侧，并且，排出侧是联接到压缩机系统的出口端口的较高压力侧。当压缩机元件正在使用时，制冷剂流体在吸入侧处进入，通过压缩机元件的作用(例如，通过压缩机元件的旋转移动)被压缩，并且移动到排出侧(在制冷剂流体以与入口端口处的压力相比而增大的压力从出口端口排放之前)。
均衡管路可以在等效位置处连接到每个压缩机元件壳体，以便在压缩机元件的平衡的操作期间在均衡管路的开口处(或打开均衡管路时，即at the opening of theequalisation line)的预期的压力是相同的。因而，均衡管路可以在当压缩机元件活动时的预期的内部压力的方面类似的点处连接到每个压缩机元件壳体。这允许在不需要任何形式的主动控制的情况下(即，在如上文中所讨论的那样，仅仅均衡阀在全负载操作期间打开)压力的有效平衡。
第一压缩机元件和/或第二压缩机元件可以是涡旋式压缩机元件或旋转式压缩机元件，并且因此，压缩机系统可以是涡旋式压缩机系统或旋转式压缩机系统。典型地，第一压缩机元件和第二压缩机元件是相同类型。所提出的吸入侧均衡控制可以应用于具有多个压缩机元件并且使用位于吸入侧处的均衡管路的任何压缩机系统。有利地，如上文中所讨论的，这是针对没有润滑剂分离的系统进行的。因而，例如，压缩机元件将不会是螺杆式压缩机元件或活塞式压缩机元件，其中通常存在对于润滑剂的进一步的分离的要求，并且其中在吸入侧处应用均衡并非简单易行的。
压缩机系统包括第一压缩机元件和第二压缩机元件，并且可以任选地包括另外的压缩机元件，诸如，具有与第一压缩机元件壳体和第二压缩机元件壳体类似的构造的对应的压缩机元件壳体的第三压缩机元件。在此情况下，压缩机系统可以构造成用于在此使用全部的三个压缩机元件的全负载操作模式以及在此未利用压缩机元件中的一个或两个的多个部分负载操作模式。在存在多于两个压缩机元件的情况下，于是，压缩机系统还可以包括具有对应的另外的均衡阀的至少一个另外的均衡管路。因而，例如，在三个压缩机元件的情况下，可能存在两个均衡管路。均衡管路可以使用与压缩机元件在部分负载操作模式期间被停用的顺序对应的顺序来使压缩机元件壳体的吸入侧成对地连接。因而，均衡管路可以使压缩机元件壳体串联地连接。压缩机系统可以布置成在部分负载操作期间在所选择的均衡阀被关闭的情况下操作，以便防止流体沿着均衡管路流动到在所述的部分负载操作期间不活动的压缩机元件的(一个或多个)压缩机元件壳体或从其流动。
压缩机元件可以布置用于并行压缩(即，处于纵列布置)，以致于添加/使用另外的压缩机元件可以增大压缩容量。第一压缩机元件和第二压缩机元件以及任选的另外的压缩机元件可以提供类似的压缩容量，在此情况下，在全负载下的容量可以是对于双压缩机元件系统的在部分负载下的容量的大约两倍。备选地，压缩机元件可以提供不同的容量，和/或至少一个压缩机元件可以诸如通过作为变速压缩机元件而提供变化的容量。在存在不同的容量和/或可变的容量的情况下，所提出的均衡管路能够有用地增强多个压缩机元件压缩机系统的操作。
压缩机系统可以包括控制器，诸如，微处理器控制器。控制器可以布置成将压缩机系统控制成在部分负载模式或全负载模式下操作。可以根据对控制器的外部输入而选择模式。该控制器可以是使用压缩机系统的制冷回路的控制器。当部分负载操作模式被选择以及正相应地控制压缩机元件时，控制器任选地还控制均衡阀的操作并且因而可以自动地关闭均衡阀。
有利地，均衡阀是具有打开状态和关闭状态而不需要可控的可变打开程度的简单结构。均衡阀可以是例如截止阀。均衡阀可以经由电子致动(诸如，通过使用如上文中所讨论的控制器)来控制。备选地，均衡阀可以被机械地操作，其中，通过压缩机系统的操作状况(诸如，在第二压缩机元件的排出侧中不存在压力和/或在两个压缩机元件之间的差压超过所设定的阈值)触发均衡阀的关闭。因而，均衡阀可以布置成被关闭以应对当第二压缩机元件不活动时出现的压力状况。
润滑剂典型地是油，并且可以是基于压缩机元件要求以及制冷剂类型而选择的油。当在使用时，压缩机系统可以包括压缩机元件壳体的贮槽内的润滑剂，其中，在平衡的操作状况(即，带有在全负载操作期间相等的润滑剂水平)期间，润滑剂水平（或液位，即level）竖直地位于至均衡管路的连接的上方。
压缩机系统可以构造成与适合于压缩机元件的类型的制冷剂流体一起操作，并且可以包括当压缩机系统正在使用时的在压缩机元件壳体中的所述制冷剂流体。在一个示例中，制冷剂是高压制冷剂，诸如，R32。这已被发现为特别地在与涡旋式压缩机元件配对时，引起明显的性能提高。
本发明进一步扩展到包括压缩机系统的制冷回路。这可以是例如使用用于提供加热或冷却的制冷循环的回路。制冷回路可以包括排热换热器、膨胀装置以及吸热换热器。
从另一方面看，本发明提供一种用于操作如上所述的压缩机系统的方法，该方法包括：在所有压缩机元件都被使用的全负载操作与压缩机元件中的一个不活动的部分负载操作之间选择；在全负载操作期间打开均衡阀；以及在部分负载操作期间关闭均衡阀，以由此防止润滑剂和/或制冷剂流体在部分负载操作期间在第一压缩机元件壳体与第二压缩机元件壳体之间的移动。
该方法可以包括使用具有上文中所讨论的任何其它特征的压缩机系统，并且因而可以包括在不存在润滑剂分离器的情况下和/或在润滑剂在可能不存在润滑剂泵或类似物的系统内被动地流动的情况下处置润滑剂。该方法可以包括操作制冷回路内的压缩机系统，并且因此可以包括：利用压缩机系统来压缩制冷剂，并且通过制冷循环而使制冷剂循环，以便提供加热和/或冷却。
附图说明
现在将仅通过示例的方式并且参考附图而描述本发明的某些示例实施例，其中：
图1示出包括压缩机的制冷回路；以及
图2a和图2b是具有两个压缩机元件的压缩机系统的示意图。
具体实施方式
如图1中所看到的，制冷回路包括在制冷/热泵循环中一起操作的压缩机系统12、排热换热器14、膨胀装置18以及吸热换热器16。热泵系统包含制冷剂流体，并且，制冷剂流体经由压缩机系统12的循环使制冷系统能够利用制冷循环来满足加热负载。在此示例中，排热换热器14是用于使制冷剂流体至少部分地冷凝的冷凝器，膨胀装置18是用于使制冷剂流体以可控膨胀程度膨胀的膨胀阀，并且，吸热换热器16是用于使制冷剂流体至少部分地蒸发的蒸发器。制冷回路可以有利地布置成使得流体在冷凝器14处完全地冷凝并且在蒸发器16处完全地蒸发。
压缩机系统12用于气态制冷剂流体的压缩并且用于制冷剂流体围绕制冷回路的循环。压缩机系统12包括第一压缩机元件壳体4中的第一压缩机元件2和第二压缩机元件壳体8中的第二压缩机元件6。压缩机元件2、6可以是涡旋式压缩机元件，并且，如在本领域中已知的，压缩机元件2、6安装成纵列构造，从而允许压缩机系统12的压缩容量如所期望的那样通过使用一个或两个压缩机元件2、6而变化。均衡管路28设成连接两个压缩机元件壳体4、8的吸入侧。均衡管路28的操作在下文中参考图2b而更详细地描述。
制冷回路由控制器26控制，控制器26可以例如控制膨胀装置18和压缩机12。制冷回路的控制可以参考对控制器26的各种输入(诸如，外部温度和/或制冷回路相关的温度和/或压力测量值，以及用户输入等等)而进行。在此示例中，如下文中所解释的，控制器26能够控制位于均衡管路28上的均衡阀60。
图2a和图2b示出用于在制冷回路(诸如，图1的制冷回路)中使用的压缩机系统12。压缩机系统12包括两个压缩机元件2、6，通过示例的方式，压缩机元件2、6可以是涡旋式压缩机元件2、6。因此，压缩系统包括用于第一涡旋式压缩机元件壳体4内的制冷剂流体的压缩的第一涡旋式压缩机元件2和用于第二压缩机元件壳体8内的制冷剂流体的压缩的第二涡旋式压缩机元件6。每个压缩机元件壳体4、8具有针对制冷剂流体的吸入侧入口和排出侧出口，并且，这些可以按常规方式构造成用于两个压缩机元件2、6的纵列联接。润滑系统被包括以用于将润滑剂供应到压缩机元件2、6。润滑系统包括位于每个压缩机元件壳体4、8的相应的下部部分内的贮槽以及使第一压缩机元件壳体4和第二压缩机元件壳体8在其吸入侧处流体地连接的均衡管路28。均衡管路28允许了压力的均衡以及润滑剂在第一压缩机元件壳体4与第二压缩机元件壳体8之间的流动。如图2b中所示出的，均衡阀60设于均衡管路28上，以便打开和关闭压缩机元件壳体4、8之间的连接。
压缩机系统12布置成用于使用第一涡旋式压缩机元件2和第二涡旋式压缩机元件6两者的全负载操作以及用于压缩机元件2、6中的一个未被利用的部分负载操作。图2a和图2b各自示出部分负载操作模式，其中，左手的压缩机元件2不活动。压缩机系统布置成在部分负载操作期间关闭均衡阀60，以由此防止润滑剂和/或制冷剂流体在部分负载操作期间在第一压缩机元件壳体4与第二压缩机元件壳体8之间移动。制冷回路的控制系统26能够用于控制压缩机元件2、6在全负载/部分负载操作模式期间的启用，并且还可以用于均衡阀60的控制。备选地，均衡阀60可以构造成基于在两个压缩机元件壳体4、8之间的差压(即，当压缩机元件2、6中的一个不活动时在部分负载操作期间出现的压力)而机械地或机电地关闭。
在该布置的情况下，均衡管路28允许在全负载操作期间经由润滑剂和/或制冷剂流体的移动来使压力均衡，其中，均衡阀60打开，而在部分负载操作期间关闭均衡阀60防止由于活动的压缩机元件6所造成的吸入而导致的来自不活动的压缩机元件壳体4的润滑剂的不期望的重新分配。如上文中所讨论的，这引起效率上的受益。使用R32制冷剂的测试已表明压缩效率提高3%，压缩效率提高3%被认为主要地起因于在相应的压缩机元件2、6的操作期间存在于压缩机元件壳体4、8内的润滑剂(例如，油)的量的更好的优化。关闭均衡阀60防止在操作的压缩机元件壳体8中的吸力从穿过不活动的压缩机元件壳体4而抽吸润滑剂，这将导致由于活动的压缩机元件壳体8内的过量的润滑剂而造成的操作上的不平衡和低效性。
在附图中未示出的备选布置中，可存在另外的压缩机元件，诸如，具有对应的压缩机元件壳体的第三压缩机元件。这可以是与第一压缩机元件2和第二压缩机元件6以及压缩机元件壳体4、8类似的构造。在此情况下，压缩机系统12可以构造成用于在此使用全部的三个压缩机元件的全负载操作模式以及在此未利用三个压缩机元件中的一个或两个的多个部分负载操作模式。在存在另外的压缩机元件的情况下，于是，压缩机系统12包括具有对应的另外的均衡阀60的至少一个另外的均衡管路28。因而，例如，在三个压缩机元件的情况下，可能存在两个均衡管路28。均衡管路可以使用与压缩机元件在部分负载操作模式期间被停用的顺序对应的顺序来使压缩机元件壳体的吸入侧成对地连接。因而，均衡管路可以使压缩机元件壳体串联地连接。压缩机系统12被操作，其中，所选择的均衡阀在部分负载操作期间被关闭，以便防止流体沿着均衡管路流动到不活动的压缩机元件的(一个或多个)压缩机元件壳体或从其流动。

Claims (15)

1.一种用于制冷剂流体的压缩的压缩机系统，所述压缩机系统包括：
用于所述制冷剂流体的压缩的第一压缩机元件，所述第一压缩机元件位于第一压缩机元件壳体内；
用于所述制冷剂流体的压缩的第二压缩机元件，所述第二压缩机元件位于第二压缩机元件壳体内；
均衡管路，其使所述第一压缩机元件壳体和所述第二压缩机元件壳体在所述吸入侧处流体地连接，以便允许压力在所述第一压缩机元件壳体与所述第二压缩机元件壳体之间的均衡以及润滑剂在所述压缩机元件壳体之间的流动；以及
在所述均衡管路上的均衡阀，其用于打开和关闭经由所述均衡管路的所述第一压缩机元件壳体与所述第二压缩机元件壳体之间的所述连接；
其中，所述压缩机系统布置成用于使用所述第一压缩机元件和所述第二压缩机元件两者的全负载操作以及用于未利用所述压缩机元件中的一个的部分负载操作；
其中，所述压缩机系统布置成在全负载操作期间打开所述均衡阀；并且，
其中，所述压缩机系统布置成在部分负载操作期间关闭所述均衡阀，以由此防止润滑剂和/或制冷剂流体在部分负载操作期间在所述第一压缩机元件壳体与所述第二压缩机元件壳体之间的移动。
2.根据权利要求1所述的压缩机系统，其中，所述压缩机系统构造成用于被所述压缩机元件所产生的压差驱动的润滑剂的被动分配，以便使润滑剂在所述压缩机元件壳体之间移动。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机系统，其中，所述压缩机系统不包括润滑剂泵。
4.根据权利要求1、2或3所述的压缩机系统，其中，每个压缩机元件壳体包括在所述吸入侧处的润滑剂贮槽，并且，所述均衡管路提供所述第一压缩机元件壳体的所述润滑剂贮槽与所述第二压缩机元件壳体的所述润滑剂贮槽之间的连接。
5.根据任何前述权利要求所述的压缩机系统，其中，所述均衡管路在等效位置处连接到每个压缩机元件壳体，以便在所述压缩机元件的平衡的操作期间在所述均衡管路开口处的预期的压力是相同的。
6.根据任何前述权利要求所述的压缩机系统，其中，所述压缩机元件提供不同的容量，和/或至少一个压缩机元件提供变化的容量。
7.根据任何前述权利要求所述的压缩机系统，其中，所述均衡阀布置成被关闭以应对当所述第二压缩机元件不活动时出现的压力状况。
8.根据任何前述权利要求所述的压缩机系统，是涡旋式压缩机系统，其中，所述压缩机元件是涡旋式压缩机元件。
9.根据权利要求1至7中的任何权利要求所述的压缩机系统，是旋转式压缩机系统，其中，所述压缩机元件是旋转式压缩机元件。
10.根据任何前述权利要求所述的压缩机系统，包括至少一个另外的压缩机元件。
11.根据权利要求10所述的压缩机系统，包括具有对应的另外的均衡阀的至少一个另外的均衡管路。
12.根据权利要求11所述的压缩机系统，其中，所述至少两个均衡管路使所述至少三个压缩机元件壳体串联地连接。
13.根据任何前述权利要求所述的压缩机系统，包括用于控制所述压缩机系统以在所述部分负载模式或全负载模式下操作的控制器。
14.一种制冷回路，包括根据任何前述权利要求所述的压缩机系统。
15.一种用于操作根据任何前述权利要求所述的压缩机系统或制冷回路的方法，所述方法包括：
在所有压缩机元件都被使用的全负载操作与所述压缩机元件中的一个不活动的部分负载操作之间选择；
在全负载操作期间打开所述均衡阀；以及
在部分负载操作期间关闭所述均衡阀，以由此防止润滑剂和/或制冷剂流体在部分负载操作期间在所述第一压缩机元件壳体与所述第二压缩机元件壳体之间的移动。
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