CN117738883A - 冷却油的冷却装置、喷油压缩机装置及冷却装置控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及冷却油的冷却装置、喷油压缩机装置及冷却装置控制方法。一种用于冷却油的冷却装置，冷却装置(7)包括储油器(8)，油管路(9)流体连接到储油器，在油管路中依次包括以下各项：具有第一切换温度的第一电子恒温器(10)；能量回收系统(11)；和油冷却器(12)；其中，油管路从油冷却器返回到第一电子恒温器，然后到达油喷射管路(16)；其中，第一电子恒温器配置成通过基于第一切换温度和油温度之间的差进行切换来将油从储油器发送到能量回收系统和油冷却器中或者直接发送到油喷射管路中。

Description

冷却油的冷却装置、喷油压缩机装置及冷却装置控制方法

技术领域

本发明涉及用于冷却油的冷却装置。

更具体地，本发明适用于冷却喷油压缩机装置的油，其中，油在喷入并流过压缩机装置的压缩机元件之后，被根据本发明的冷却装置冷却，随后被喷入回压缩机元件中。

背景技术

这里的“压缩机装置”指的是用于压缩气体的装置，因此也指例如真空泵装置。

类似地，“压缩机元件”是指用于压缩气体的元件，因此也指例如真空泵元件。

当然，这并不是根据本发明的冷却装置的唯一应用，这种用于冷却油的冷却装置也可以用于其他喷油式机器中。

将油喷入压缩机元件中是为了冷却压缩机元件以避免过热、优化和改善压缩机装置的性能、以及延长油和压缩机装置的使用寿命。

除了冷却目的以外，这种油还可用于润滑和密封压缩机元件中的构件。

就此而言，通常要确保用于压缩气体的压缩机元件出口处的温度不低于压缩气体冷凝温度，以防止当然是非常不希望出现的在压缩气体中形成冷凝液。

已知的用于冷却油的冷却装置包括储油器，油管路流体连接到储油器，并且油管路通向能量回收系统。

通过由第一机械恒温器切换的三通阀，能量回收系统可以沿着旁路通道被旁路。

能量回收系统允许从油中回收热量并用于其他应用，例如用于加热卫生目的的水。能量回收系统可以包括允许油和卫生用水流过热交换器。

通过第一机械恒温器，采用第一切换温度和油温度之间的差来控制油是否通过能量回收系统以及有多少油通过能量回收系统。

通过能量回收系统的油越多，油将冷却得越充分。

在能量回收系统和旁路通道之后，油管路通向第二机械恒温器。

基于第二机械恒温器的第二切换温度与油温度之间的差，油将被引导至油冷却器，然后被引导至油喷射管路或直接被引导至油喷射管路，而不允许油通过油冷却器。

如果能量回收系统不能充分冷却油或者能量回收系统不运行，油将能够被油冷却器进一步冷却。该油冷却器例如可以是设置有风扇的冷却空气-油冷却器。

从油喷射管路起，现在被冷却的油可以重新喷射到例如压缩机装置中。

这种冷却装置的缺点是第二机械恒温器的第二切换温度必须高于三通阀的第一机械恒温器的第一切换温度。

结果，油永远不能冷却到尽可能最低温度，这不仅不利于油随后所喷入的压缩机元件的性能，而且不利于油的使用寿命。

此外，在压缩机启动期间，当仍然需要很少或不需要对压缩机装置进行冷却时，油在任何情况下都必须经由旁路通道流过三通阀并然后流过第二机械恒温器，这导致压降。

由于上述各恒温器具有固定的切换温度，因此在设定确切的切换温度时将始终假设压缩机装置中出现冷凝液的最坏情况，从而也根据最坏情况控制油温度以确保冷凝液永远不会出现。

这意味着在所有其他场景或情况下，油都不会被冷却到尽可能最低温度。

此外，这种油温度控制将在很大程度上取决于能量回收系统。如果该能量回收系统从油中去除大量热量，则油有可能冷却过多，这意味着在喷入过冷的油之后压缩机装置中的压缩气体在出口处的温度变得低于冷凝温度。

发明内容

本发明旨在解决上述缺点和其他缺点中的至少一个。

本发明涉及一种用于冷却油的冷却装置，其特征在于，冷却装置包括储油器，油管路与储油器流体连接，其中，在油管路中依次包括以下各项：

具有第一切换温度的第一电子恒温器；

能量回收系统；

油冷却器；

其中，油管路从油冷却器返回到第一电子恒温器，然后到达油喷射管路，

其中，第一电子恒温器配置成通过基于第一切换温度和油温度之间的差进行切换来将油从储油器发送到能量回收系统和油冷却器中或者直接发送到油喷射管路中。

在这种情况下，“将油直接发送到油喷射管路中”意味着将油送入油喷射管路但不让油通过能量回收系统和/或油冷却器。

优点在于：第一电子恒温器的第一切换温度不是固定的，而是可变地可调节的。

以这种方式，可以基于以下参数中的一个或多个来选择第一切换温度：

冷却装置的工作参数，例如油冷却器的冷却能力；

冷却装置所处环境的环境参数，例如环境中的环境温度；

流过能量回收系统的冷却流体的量或流量；和/或

使用冷却装置的压缩机装置等的工作条件，例如压缩机元件出口处的工作压力。

特别地，在冷却装置用于冷却油并且该油在冷却之后然后被喷入到用于压缩气体的压缩机装置中的情况下，第一切换温度可以基于压缩机装置中压缩气体的冷凝温度来选择，其中，该冷凝温度是基于上述参数中的一个或多个来计算的。在这种情况下，第一切换温度确保喷入油的温度使得在压缩机元件出口处的压缩气体温度尽可能低但不低于压缩气体的冷凝温度。

此外，这意味着第一切换温度不再基于最坏情况，而是基于压缩机装置的实际工作条件。

因此，油将始终被冷却到尽可能最低温度，而不会有在压缩机装置中形成冷凝液的任何风险。

因此，能量回收系统对被冷却的油的最终温度也将有极小影响或不再有影响，因为第一切换温度的控制是在考虑到通过能量回收系统实现热量减少的情况下进行的。

此外，油将总是(即，即使在压缩机装置启动期间等)也必须流过仅一个恒温器。

优选地，油冷却器是冷却空气-油冷却器。

优选地，油冷却器设有可控风扇，可控风扇用于产生用于冷却油冷却器的冷却空气流。

可控风扇允许控制油冷却器对油的冷却。

如果能量回收系统未运行或者其冷却能力改变，则可以通过适当地控制可控风扇来对此作出响应。

在一实际实施例中，第一电子恒温器设置有一个或多个用于过滤油的油过滤器。

由于无论油是否将被冷却，油都总是会通过第一电子恒温器，因此油将始终被过滤，这意味着净化后的油始终流向喷射管路。

在这种情况下，“设置有一个或多个油过滤器”也意味着第一电子恒温器的外壳配备有油可以流过的油过滤器。

根据本发明的优选特征，在能量回收系统的下游且油冷却器的上游，具有第二切换温度的第二恒温器被包括在油管路中，其中，油管路从油冷却器流回第二恒温器，然后流入第一电子恒温器，并最终通入油喷射管路，其中，第二恒温器配置成通过基于第二切换温度和油温度之间的差进行切换来将来自能量回收系统的油发送到油冷却器中或者直接送回到第一电子恒温器中。

就此而言，“将油直接送回第一电子恒温器”意味着将油送回第一电子恒温器但不让油通过油冷却器和/或能量回收系统。

如果能量回收系统未运行或其冷却能力发生变化从而导致油无法充分冷却，则第二恒温器将确保油仍被送往油冷却器进行进一步冷却。

此外，在这种情况下，在设置有根据本发明的冷却装置的压缩机装置等的启动等期间，当仍然需要对压缩机装置等进行很少冷却或不需要对其进行冷却时，油在被送到油喷射管路之前将仅需流过第一恒温器。只有当需要通过油冷却器进行冷却时，油才会流过第二恒温器。

第二切换温度可以是标准选择的温度设定，不是必须需要高于第一切换温度，从而消除了假设最坏情况的需要。

本发明还涉及一种用于压缩气体的喷油压缩机装置，其特征在于，压缩机装置设置有根据本发明的用于冷却油的冷却装置，其中，压缩机装置设置有喷油压缩机元件，喷油压缩机元件具有用于分离喷入油的油分离器，其中，油分离器流体连接到储油器，以便将分离的油排出到储油器，并且其中，油喷射管路返回到压缩机元件，以便将油喷入到压缩机元件中。

这种压缩机装置的优点类似于根据本发明的用于冷却油的冷却装置的上述优点。

最后，本发明涉及一种用于控制根据上述任一实施例的冷却装置的方法，其特征在于：

当上述油温度高于第一切换温度时，第一电子恒温器将油从储油器发送到能量回收系统；和

当上述油温度低于或等于第一切换温度时，第一电子恒温器将油从储油器直接发送到油喷射管路。

结果，仅当油温度过高时，即，当油温度高于第一切换温度时，油才通过能量回收系统并且因此油才由能量回收系统冷却。

根据本发明方法的优选特征，第二恒温器：

当油温度高于第二切换温度时，将油从能量回收系统发送到油冷却器；和

当油温度低于第二切换温度时，将油从能量回收系统直接送回到第一电子恒温器。

结果，仅当油温度过高时，即，当油温度高于第二切换温度时，油才通过油冷却器并且因此油才由油冷却器进行冷却。

根据本发明方法的另一个优选特征，冷却装置设置用于根据本发明的喷油压缩机装置，其中，第一切换温度被选择为高于使得在喷油压缩机元件出口处压缩气体处于冷凝温度的油温度值。

以这种方式，油通常绝不会被冷却装置冷却太多到以至于在压缩机元件的出口处形成冷凝液。

为了进一步降低这种冷凝液形成的风险，第一切换温度优选地被选择为等于上述值加上初始可调节正安全裕度。

附图说明

为了更好地展示本发明的特征，下面参照附图以非限制性示例的方式描述根据本发明的用于冷却油的冷却装置和具有这种冷却装置的喷油压缩机装置以及根据本发明的控制这种冷却装置的方法的一些优选实施例。

图1示意性地示出了配备有根据本发明的冷却装置的喷油压缩机装置。

具体实施方式

图中示意性示出的喷油压缩机装置1包括由驱动器3(在本例中为电动机形式)驱动的喷油压缩机元件2。

压缩机元件2具有用于待压缩气体的入口4和用于压缩气体的出口5，出口5流体连接到用于分离所喷入油的油分离器6。

压缩机装置1还设置有用于冷却油的冷却装置7，冷却装置主要包括储油器8，储油器具有与之流体连接的油管路9。

油分离器6与储油器8流体连接，以便将分离的油排出到储油器8。储油器8收集由油分离器6分离出的油。

在本发明的范围内不排除的是，油分离器6和储油器8设置在同一油分离容器中。就此而言，例如，被压缩机元件2压缩的气体与喷入的油一起被迫在油分离容器的最上部中进行涡流运动，其结果是，喷入的油借助于由涡流引起的离心力被推向油分离容器的最上部的内壁并且因此与压缩气体分离。因此，油分离容器的最上部用作油分离器6。分离出的油然后在重力作用下沿着内壁流入位于油分离容器最下部的储油器8。

油管路9中包括多个构件；根据本发明，这些构件至少是：

具有第一切换温度的第一电子恒温器10；

能量回收系统11；和

油冷却器12。

在所示的示例中，能量回收系统11是用于利用流过能量回收系统11的冷却流体来从油中提取热量的系统。

在本例中，油冷却器12是冷却空气-油冷却器，并且设置有风扇13。然而，它也可以是冷却水-油冷却器。

在本例中，风扇13是具有可控速度的风扇。然而，在本发明的范围内不排除的是，风扇13是具有固定转速或固定速度的风扇。

在本例中，第一电子恒温器10设置有两个油过滤器14。油过滤器14的数量不是限制性的，也就是说，也可以不存在油过滤器14、仅存在一个油过滤器14或多于两个油过滤器14。例如，油过滤器14也可以设置在冷却装置7或压缩机装置1中的其他地方。

在所示的示例中，在能量回收系统11和油冷却器12之间添加了附加的但不是必需的第二恒温器15。

该第二恒温器15在本例中是机械恒温器，但也可以是电恒温器。

因此，在这种情况下，油管路9中依次包括以下构件：

具有第一切换温度的第一电子恒温器10；

能量回收系统11；

具有第二切换温度的第二恒温器15；

油冷却器12。

油管路9从油冷却器12返回到第二恒温器15中，然后进入第一电子恒温器10，最终通向油喷射管路16。

该油喷射管路16返回到压缩机元件2中，其中，在本例中，油喷射管路16分成两个子管路17a、17b：用于将油喷到驱动器3(例如电动机)中的第一子管路17a和用于将油喷到压缩机元件2的压缩室中的第二子管路17b，由压缩机元件2吸入的气体在压缩室中被压缩。

换言之，油将能够被喷射到压缩机装置1中的至少两个不同的部位。

第一电子恒温器10将通过基于第一切换温度和油温度之间的差进行切换来将油从储油器8输送到能量回收系统11中或者直接输送到油喷射管路16中。

油温度可以例如在油分离器6中测量，或者基于在压缩机元件2的出口5处或在油分离器6中测量的压缩气体温度来确定。在后一种情况下，例如可以假设油温度等于压缩气体测量温度。

油温度也可以例如在储油器8中进行测量。

此外，油温度也可以可选地在油喷射管路16中测量，或者基于在油喷射管路16中测量的油温度来确定。在后一种情况下，例如，油分离器6或储油器8中的油温度以已知的方式根据在油喷射管路16中喷射的油的测量温度来确定，并且第一切换温度采取用于油分离器6或者储油器8中温度的期望值。

该第一切换温度不是固定温度，而是可变可调的值。下面将详细解释如何确定该第一切换温度。

第二恒温器15将通过基于第二切换温度和油温度之间的差进行切换来将油从能量回收系统11发送到油冷却器12中或者直接返回到第一电子恒温器10中。

在本例中，该第二恒温器15是机械恒温器，其中，第二切换温度是固定值。该第二切换温度可以等于或低于第一切换温度。由于油首先通过第一电子恒温器10，因此不再需要将该第二切换温度选择为高于第一切换温度。

下面将详细解释如何确定该第二切换温度。

压缩机装置1和用于冷却油的冷却装置7的操作非常容易理解并且如下所述。

在压缩机装置1的启动阶段期间，出口5处压缩气体温度将低于该压缩气体的冷凝温度。

冷凝温度是基于环境温度、压缩机元件2出口压力和气体相对湿度等因素来确定的。

气体相对湿度是压缩气体的假定最坏情况下的相对湿度值100％，或者是气体相对湿度的测量值。在后一种情况下，可以在压缩机元件2的入口4或出口5处测量气体相对湿度。

压缩机元件2将导致吸入储油器8的气体在储油器8中压力积累，这导致油在系统中循环。

在压缩机装置1启动期间，该油仍然是冷的或凉的。

由于在启动阶段期间在出口5处的压缩气体温度低于冷凝温度，因此应尽可能快地升高该温度。

油将到达第一电子恒温器10，第一电子恒温器将直接将油直接送入油喷射管路16，也就是说，不引导油通过能量回收系统11，因为油温度将低于第一切换温度。

该第一切换温度是基于上述冷凝温度来确定的。当冷凝温度改变时，该第一切换温度也将改变。

优选地，第一切换温度被选择为刚好高于冷凝温度，使得出口5处温度被控制为高于冷凝温度。例如，第一切换温度被选择为比冷凝温度高1℃、2℃或3℃。

因此，使用了可调节的偏移量或裕度，其中，可以将一定的安全偏移量或裕度添加到冷凝温度。这允许把压缩机元件2的冷却和/或效率的变化纳入考虑。然而，应当注意，所选择的安全偏移量或裕度越高，压缩机装置1的效率就越低。

当通过第一电子恒温器10时，油将流过油过滤器14，从而从油中去除所有污垢和其他污染颗粒。

只要出口5处温度低于冷凝温度，第一电子恒温器10就将保持关闭，也就是说不会将油输送到能量回收系统11。

然后，油将经由油喷射管路16喷射到压缩机元件2和/或驱动器3(例如电动机)中，并且随后将与压缩气体一起进入油分离器6。分离出的油将从那里输送至储油器8。

压缩机装置1在运行过程中将产生热量，导致出口5处温度升高。

在某个时间点，它将变得高于冷凝温度。

此时，油温度将高于第一切换温度，这将导致第一电子恒温器10打开并将油送入能量回收系统11中。

油将由能量回收系统11冷却，其中，提取的热量被进一步方便地利用，例如，用于加热生活用水或供暖应用。

然后，油到达第二恒温器15。该第二恒温器15的第二切换温度例如基于可能发生冷凝的最坏情况条件来确定，其中，假定最坏情况冷凝温度是第二切换温度。

该最坏情况冷凝温度是相对于压缩机装置1的工作压力和环境温度来确定的。

如果油已经充分冷却，则油温度将低于第二切换温度。

然后，油将由第二恒温器15直接送回第一电子恒温器10，在那里，油将在进入油喷射管路16之前流过油过滤器14。

因此，油将不会经过油冷却器12。

如果由于能量回收系统11不能充分冷却或根本不工作而导致油温度没有充分下降，则第二恒温器15将打开。

油现在经由油冷却器12被输送，并且将被进一步冷却，然后被送回第二恒温器15和第一电子恒温器10。

油冷却器12的冷却能力可以基于用于油温度的期望值来控制。

在本例中，油冷却器12是冷却空气-油冷却器，其中，为油冷却器12所设置的可调节风扇13产生用于冷却油冷却器12的冷却空气流，并且通过调节可调节风扇13的速度来控制冷却能力。

在通过第一电子恒温器10的油过滤器14之后，冷却后的油如之前一样被输送到油喷射管路16中。

从那里，油被输送到压缩机元件2以被喷射。

喷入的油在通过压缩机元件2和/或驱动器3(例如电动机)之后将与压缩气体一起到达油分离器6，并从那里被输送到储油器8。

尽管在上述示例中，第二恒温器15是机械恒温器，但是不排除第二恒温器15是电子恒温器。

在本例中，第二切换温度可以基于第一切换温度、压缩气体冷凝温度、或选择第一切换温度可基于的上述参数和/或其他参数中两个或更多个的组合来控制。

在图1所示的示例中，显示了两个恒温器。根据本发明，可以仅存在第一电子恒温器10而不存在第二恒温器15。

在本例中，能量回收系统11和油冷却器12将串联布置在油管路9中，并且油管路9将从油冷却器12延伸到第一电子恒温器10。

在这种情况下，优选地，油冷却器12的风扇13是可控的，即，可以控制速度或转速。

如果油冷却器12是冷却水-油冷却器，则优选地可以控制冷却水的流量和/或温度。

风扇13的控制可以基于油温度、能量回收系统11的冷却能力、第一切换温度、和/或压缩气体的冷凝温度。该控制大体上对应于类似基于上述第二切换温度对第二恒温器15的控制。

当使用具有可控速度的风扇13时，它还可以冷却用于压缩气体的喷油压缩机装置1的后冷却器18。

这种后冷却器18布置在油分离器6的下游，如图1中的虚线所示。

然后，风扇13必须冷却该后冷却器18，并且因此在这种情况下将被控制以提供对压缩气体的充分的后冷却，但是通过使用冷却装置7，仍然可以控制油温。

本发明决不限于作为示例描述并在附图中示出的实施例，而是在不超出本发明范围的情况下根据本发明的用于冷却油的冷却装置和具有这种冷却装置的喷油压缩机装置可以按各种形状和尺寸来实施。

Claims (21)

1.一种用于冷却油的冷却装置，其特征在于，冷却装置(7)包括储油器(8)，油管路(9)流体连接到储油器，其中，在油管路(9)中依次包括以下各项：

具有第一切换温度的第一电子恒温器(10)；

能量回收系统(11)；

油冷却器(12)；

其中，油管路(9)从油冷却器(12)返回到第一电子恒温器(10)，然后到达油喷射管路(16)；

其中，第一电子恒温器(10)配置成通过基于第一切换温度和油温度之间的差进行切换来将油从储油器(8)发送到能量回收系统(11)和油冷却器(12)中或者直接发送到油喷射管路(16)中。

2.根据权利要求1所述的用于冷却油的冷却装置，其特征在于，油冷却器(12)是冷却空气-油冷却器。

3.根据权利要求2所述的用于冷却油的冷却装置，其特征在于，油冷却器(12)设置有可控风扇(13)，可控风扇用于产生用于冷却油冷却器(12)的冷却空气流。

4.根据权利要求1所述的用于冷却油的冷却装置，其特征在于，第一电子恒温器(10)设置有用于过滤油的一个或多个油过滤器(14)。

5.根据权利要求1所述的用于冷却油的冷却装置，其特征在于，在能量回收系统(11)的下游且油冷却器(12)的上游，具有第二切换温度的第二恒温器(15)被包括在油管路(9)中；其中，油管路(9)从油冷却器(12)流回到第二恒温器(15)中，然后进入第一电子恒温器(10)，最后通入油喷射管路(16)；其中，第二恒温器(15)配置成通过基于第二切换温度和油温度之间的差进行切换而将来自能量回收系统(11)的油送入油冷却器(12)或直接送回第一电子恒温器(10)。

6.根据权利要求5所述的用于冷却油的冷却装置，其特征在于，第二恒温器(15)是电子恒温器。

7.根据权利要求5或6所述的用于冷却油的冷却装置，其特征在于，第一切换温度等于或高于第二切换温度。

8.一种用于压缩气体的喷油压缩机装置，其特征在于，喷油压缩机装置设置有根据权利要求1-7中任一项所述的用于冷却油的冷却装置(7)，其中，压缩机装置(1)设置有喷油压缩机元件(2)，喷油压缩机元件具有用于分离喷入的油的油分离器(6)，油分离器(6)流体连接到储油器(8)以将分离的油排出到储油器(8)，并且油喷射管路(16)返回到压缩机元件(2)以将油喷入到压缩机元件(2)中。

9.根据权利要求8所述的用于压缩气体的喷油压缩机装置，其特征在于，第一切换温度高于使得在喷油压缩机元件(2)出口(5)处压缩气体处于冷凝温度的油温度值。

10.根据权利要求9所述的用于压缩气体的喷油压缩机装置，其特征在于，第一切换温度等于所述值加上可调节的正安全裕度。

11.一种用于控制根据权利要求1至7中任一项所述冷却装置的方法，其特征在于：

当所述油温度高于第一切换温度时，第一电子恒温器(10)将油从储油器(8)发送到能量回收系统(11)；和

当所述油温度低于或等于第一切换温度时，第一电子恒温器(10)将油从储油器(8)直接发送到油喷射管路(16)。

12.根据权利要求11所述的用于控制根据权利要求5至7中任一项所述冷却装置的方法，其特征在于：

当所述油温度高于第二切换温度时，第二恒温器(15)将油从能量回收系统(11)发送到油冷却器(12)；和

当所述油温度低于或等于第二切换温度时，第二恒温器(15)将来自能量回收系统(11)的油直接送回第一电子恒温器(10)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，第一切换温度被选择为等于或高于第二切换温度。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，冷却装置(7)设置用于根据权利要求8至10中任一项所述的喷油压缩机装置(1)，其中，第一切换温度被选择为高于使得在喷油压缩机元件(2)出口(5)处压缩气体处于冷凝温度的油温度值。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，第一切换温度被选择为等于所述值加上初始可调节正安全裕度。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，冷凝温度是基于以下来确定的：

在喷油压缩机元件(2)的出口(5)处的压缩气体的工作压力；

压缩机装置(1)的环境中的环境温度；和

压缩气体假定最坏情况下相对湿度值100％或气体相对湿度测量值。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在油分离器(6)中测量所述油温度，或者基于在压缩机元件(2)的出口(5)处或者在油分离器(6)中测量的压缩气体温度来确定所述油温度。

18.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，在储油器(8)中测量所述油温度。

19.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述油温度是在油喷射管路(16)中测量或者是基于在油喷射管路(16)中测量的油温度来确定。

20.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述油温度的期望值来控制油冷却器(12)的冷却能力。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，油冷却器(12)是冷却空气-油冷却器，其中，油冷却器(12)所配备的可控风扇(13)产生冷却空气流以冷却油冷却器(12)，并且通过调节可控风扇(13)的转速来控制冷却能力。