CN1273782C - 冷却系统和冷却方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷却系统，包括用于通过电动机的运行来压缩致冷剂的压缩机、冷凝器、膨胀装置、和蒸发器，其中，冷却系统还包括电动机冷却装置，电动机冷却装置通过根据电动机的温度使流过冷凝器的一些致冷剂流向压缩机来冷却电动机，因此，在用于冷却系统中的压缩机运行过程中在压缩机内的电动机产生的高温热量可以有效地被冷却。

Description

冷却系统和冷却方法
技术领域
本发明涉及一种冷却系统和一种冷却方法，更具体地，涉及用于冷却驱动一个冷却系统中的压缩机的电动机的冷却系统和冷却方法，冷却系统具有用于压缩致冷剂的压缩机。
背景技术
图1是显示一个冷却系统结构的方框图。
通常，形成为一个封闭系统的冷却系统包括用于压缩诸如致冷剂的工作流体的压缩机10、用于冷凝在压缩机10中被压缩的致冷剂的冷凝器20、用于降低在冷凝器20中被冷凝的致冷剂的压力的膨胀装置30、以及用于蒸发在膨胀装置30中被膨胀的液体状态的致冷剂的蒸发器40，如图1所示。
该冷却系统适合利用在冷凝器和蒸发器中产生的热气和冷气来存贮食物或者保持室内环境舒适。
另一方面，在该致冷剂系统中，用于压缩致冷剂的压缩机需要增大输出功率，或者根据使用目的在其尺寸减小时具有大的输出功率。
例如，在通过转动叶轮来压缩致冷剂的涡轮压缩机使用在诸如空调器的冷却系统的情况下，这种压缩机是一种离心压缩机，使用的是一种相对较小的压缩机。此外，为了减小涡轮压缩机的尺寸，叶轮的尺寸应当被减小。而且，为了保持一个大于预定水平的输出功率，叶轮应当相对高速地旋转。结果，用于使叶轮旋转的电动机也应当高速地旋转。
但是，当电动机高速地旋转以增大压缩机的输出功率或者减小压缩机的尺寸时，电动机产生大量的热量。所产生的高温热量可能损坏电动机，或者损坏绕着电动机安装室的组件。因此，电动机应当被冷却以便持续地保持稳定状态运行。
图2是一个显示涡轮压缩机的横截面图，该压缩机是使用在图1所示的冷却系统中的压缩机的一种。
美国专利US6,009,722公开了一种用于冷却电动机的结构以及用于冷却使用在冷却系统中的涡轮压缩机的电动机的方法。
根据美国专利US6,009,722，涡轮压缩机包括一个形成在壳体11中的电动机安装室C，电动机M安装在其中；以及设置在电动机安装室C两侧的第一和第二压缩室C1和C2，如图2所示。
此外，第一和第二压缩室C1和C2位于在电动机M的两侧，而第一和第二叶轮13和14连接到电动机的转动轴12的两端。
吸入管P1与壳体11连接，而该吸入管又与蒸发器40连接以使已经在蒸发器40中通过蒸发工艺的低压致冷剂能够流入电动机安装室C中。还设置有第一连接流动通道F1和第二连接流动通道F2，第一连接流动通道F1连通电动机安装室C和第一压缩室C1，以使流过电动机安装室C的致冷剂气体能够流入第一压缩室C1，第二连接流动通道F2连通第一压缩室C1和第二压缩室C2，以使在第一压缩室C1中被初步压缩的致冷剂气体能够流入第二压缩室C2。
此外，用于引导在第二压缩室C2中被再次压缩的致冷剂气体被排到包括在冷却系统中的冷凝器20的排出管P2与壳体11连接，以便与第二压缩室C2连通。
在具有上述结构的涡轮压缩机中，当电动机M被通电转动时，转动力通过转动轴12传递到第一和第二叶轮13和14，以便使第一和第二叶轮13和14分别在第一和第二压缩室C1和C2中旋转。由于第一和第二叶轮13和14分别在第一和第二压缩室C1和C2中旋转，通过蒸发器的低温低压状态的致冷剂由于在第一和第二压缩室C1和C2中形成的压差通过吸入管P1流入电动机安装室C中。流入电动机安装室C中的致冷剂气体在通过电动机安装室C时通过第一连接流动通道F1被吸入第一压缩室C1中，并且在第一压缩室C1中被初步压缩。
在第一压缩室C1中被初步压缩的致冷剂气体通过第二连接流动通道F2被吸入第二压缩室C2中，并且在第二压缩室C2中被再次压缩。在第二压缩室C2中被再次压缩的高温高压状态的致冷剂通过排出管P2被排出，被排出的致冷剂气体流入构成冷却系统的冷凝器20中。
尤其是，已经通过蒸发器40的低温低压状态的致冷剂气体通过吸入管P1流入电动机安装室C中，同时，致冷剂气体通过吸收电动机M产生的热量来冷却电动机。
但是，用于冷却电动机的结构不能充分地冷却电动机M产生的热量，尤其是，如果保持在过载状态，电动机M可能会损坏。而且，吸入第一压缩室C1中的致冷剂气体在通过电动机安装室C时被吸入，因此，致冷剂气体以加热状态被吸入，致冷剂气体的比容被减小。因而，压缩效率也被降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种冷却系统，它能够在使用于冷却系统中的压缩机运行时冷却压缩机的电动机产生的高温热量。
为了实现本发明目的，正如这里所体现和广泛描述的，提供一种包括电动机冷却装置的冷却系统，电动机冷却装置通过使流过冷凝器的一些致冷剂流向压缩机来冷却电动机，其中，所述冷却系统包括用于通过电动机的运行来压缩致冷剂的压缩机。
而且，本发明提供一种冷却系统，包括用于通过电动机的运行来压缩致冷剂的压缩机、冷凝器、膨胀装置、和蒸发器，其中，冷却系统还包括电动机冷却装置，所述电动机冷却装置通过根据电动机的温度使流过冷凝器的一些致冷剂流向压缩机来冷却电动机。
而且，本发明还提供一种用于冷却电动机的方法，其中，在包括用于通过电动机的运行来压缩致冷剂的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器的冷却系统中，测量电动机的温度，以及在电动机的温度高于一设定温度时使流过冷凝器的致冷剂喷到电动机上。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点将会变得更加明显。
附图说明
有助于进一步理解本发明并且构成本申请一部分的附图显示了本发明的实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。
附图中：
图1是显示冷却系统的结构的方框图；
图2是一个显示涡轮压缩机的横截面图，该压缩机是使用在图1所示的冷却系统中的压缩机的一种；
图3是显示根据本发明第一实施例的冷却系统的结构的方框图；
图4是一个显示压缩机的横截面图，其中使用在第一实施例的冷却系统中的压缩机是一个涡轮压缩机；
图5是显示根据本发明第二实施例的冷却系统的结构的方框图；
图6是一个显示压缩机的横截面图，其中使用在第二实施例的冷却系统中的压缩机是一个涡轮压缩机；以及
图7是一个显示压缩机的横截面图，其中使用在第三实施例的冷却系统中的压缩机是一个涡轮压缩机。
具体实施方式
以下将结合附图中所显示的示例详细描述本发明的优选实施例。
图3是显示根据本发明第一实施例的冷却系统的结构的方框图。
如图所示，根据本发明第一实施例的冷却系统包括用于通过电动机M的运行来压缩致冷剂的压缩机100、冷凝器200、膨胀装置300、以及蒸发器400，该冷却系统还包括电动机冷却装置，电动机冷却装置通过使已经流过冷凝器200的一些致冷剂流到压缩机100来冷却电动机M。
电动机冷却装置包括致冷剂分流通道110，用于使已经流过冷凝器200的一些致冷剂流到压缩机100。
而且，电动机冷却装置包括控制器120，用于控制流过冷凝器200的致冷剂，从而当电动机M的温度高于一设定温度时使得一些致冷剂流到致冷剂分流通道110。即，控制器120控制电动机M的温度保持低于设定温度，以及致冷剂将流入致冷剂分流通道110。
而且，电动机冷却装置包括打开/关闭阀121，用作通过控制器120的控制来打开/关闭致冷剂分流通道110的装置。打开/关闭阀121安装成与致冷剂分流通道110连接，以打开/关闭致冷剂分流通道110。
而且，电动机冷却装置还包括温度测量组件122，用于测量电动机M的温度以冷却电动机M，从而使电动机M的温度保持低于先前的设定温度。温度测量组件122安装在电动机M的一个合适位置上，以精确地测量电动机M的温度。
而且，理想的是，电动机冷却装置还包括喷嘴111，喷嘴与致冷剂分流通道110连接，以便将流过冷凝器的致冷剂喷到电动机M上。
尤其是，可以形成多个喷嘴111，以便更加有效地冷却电动机M。还可以设置用于冷却包括在电动机M中的转子或者定子的喷嘴111a和111b。
喷嘴111的数目和位置在考虑电动机M所需的合适温度的情况下通过实验来确定。
另一方面，如图4所示，根据本发明第一实施例的包括涡轮压缩机的冷却系统包括：壳体130，在壳体中包括一个电动机安装室C；以及形成在电动机安装室C两侧的第一和第二压缩室C1和C2；安装在壳体130内的电动机安装室C中的电动机M；连接到电动机M的转动轴131，即，连接到包括转子R和定子S的电动机M的转子R上的转动轴131；分别位于第一和第二压缩室C1和C2中以便能够旋转并且与转动轴131两端连接的第一和第二叶轮133a和133b；与壳体130连接以便将致冷剂气体引入壳体130的电动机安装室C中的吸入管P1；连通电动机安装室C和第一压缩室C1的第一连接流动通道F1；连通第一压缩室C1和第二压缩室C2的第二连接流动通道F2；与壳体130连接以便排出在第二压缩室C2中被再次压缩的致冷剂气体的排出管P2。
这里，叶轮133的数目没有限制，可以形成一个叶轮，也可以形成两个或者多个叶轮，以便进行多重压缩。
此外，致冷剂分流通道110与连接冷凝器200和膨胀装置300的连接管P连接，用于将致冷剂喷到壳体130中的喷嘴111设置在涡轮压缩机100的壳体130上，喷嘴111与致冷剂分流通道110连接。
喷嘴111包括用于将冷凝的致冷剂喷到电动机的定子S的定子喷嘴111a和用于将冷凝的致冷剂喷到电动机的转子R的转子喷嘴111b。
此外，用于控制冷凝的致冷剂的流动的打开/关闭阀121连接到致冷剂分流通道110上，用于测量电动机M的温度的温度测量组件122安装在涡轮压缩机中的电动机M的合适位置上。还设置有用于根据电动机M的温度控制打开/关闭阀121的打开和关闭程度的控制器120。通用的温度传感器等能够用作温度测量组件，而电动阀等能够用作控制器120。
另一方面，为了冷却电动机，致冷剂能够通过其流动的流动通道可以形成在电动机的外侧以替代将致冷剂喷到电动机上，因此，致冷剂流过流动通道以冷却电动机。
图5是显示根据本发明第二实施例的冷却系统的结构的方框图。图6是一个显示压缩机的横截面图，其中使用在第二实施例的冷却系统中的压缩机是一个涡轮压缩机。
如图5所示，根据本发明第二实施例的冷却系统包括用于通过电动机M的运行来压缩致冷剂的压缩机500、冷凝器200、膨胀装置300、以及蒸发器400，该冷却系统还包括电动机冷却装置，电动机冷却装置通过使已经流过冷凝器200的一些致冷剂流到压缩机500来冷却电动机M。
电动机冷却装置包括致冷剂分流通道510，用于使已经流过冷凝器200的一些致冷剂流到压缩机500，致冷剂分流通道510形成为覆盖电动机M、并且包括连接到膨胀装置300的电动机冷却组件512a。
尤其是，电动机冷却组件512a可以包括形成在电动机安装室C中的流动通道，电动机M可以安装成附着到电动机安装室C的内表面上，而且电动机冷却组件512a可以包括另外地形成在电动机M外侧上的流动通道。
而且，电动机冷却装置包括控制器520，用于在电动机M的温度高于一设定温度时控制流过冷凝器200的一些致冷剂流到致冷剂分流通道510。
而且，电动机冷却装置包括打开/关闭阀521，用作通过控制器520的控制来打开/关闭致冷剂分流通道510的装置。打开/关闭阀521安装成与致冷剂分流通道连接。
而且，电动机冷却装置还包括温度测量组件522，用于测量电动机M的温度以控制控制器520。
此外，如图6所示，在根据本发明第二实施例的包括涡轮压缩机的冷却系统中，第一致冷剂分流通道510a与连接冷凝器200和膨胀装置300的连接管P的一侧连接，绕成线圈的电动机冷却组件512a形成在压缩机500的壳体530的外表面上，第一致冷剂分流通道510a与电动机冷却组件512a的一侧连接以便连接到电动机冷却组件512a上。
此外，还设置有第二致冷剂分流通道510b，用于连通电动机冷却组件512a和连接管P，以使流过电动机冷却组件512a的致冷剂流入膨胀装置300，用于控制冷凝的致冷剂的流动的打开/关闭阀521安装在第一致冷剂分流通道510a上，第二致冷剂分流通道连接到其上的连接管P连接着冷凝器200和膨胀装置300。
此外，用于测量涡轮压缩机500的电动机温度的温度测量组件522安装在涡轮压缩机500的电动机M上，还设置有用于根据由温度测量组件522识别的电动机M的温度控制打开/关闭阀521的打开和关闭程度的控制器520。
图7是一个显示根据本发明第三实施例的冷却系统中的压缩机的横截面图。
如图7所示，在根据本发明第三实施例的冷却系统中，第一致冷剂分流通道610a与连接冷凝器200和膨胀装置300的连接管P的一侧连接，冷却流动通道611a形成在其上的电动机冷却组件612a安装在壳体630的整个内壁上，第一致冷剂分流通道610a与壳体630连接以便与壳体630的冷却流动通道611a的一侧连接。
此外，用于连通冷却流动通道611a和连接管P的第二致冷剂分流通道610b与壳体630连接，以使流过壳体630的冷却流动通道611a的致冷剂流入膨胀装置300。此外，用于控制冷凝的致冷剂的流动的打开/关闭阀621安装在第一致冷剂分流通道610a上，连接管P连接着冷凝器200和膨胀装置300。
此外，用于测量电动机M的温度的温度测量组件622安装在涡轮压缩机的电动机M上，还设置有用于根据电动机M的温度控制打开/关闭阀621的打开和关闭程度的控制器620。
以下，将详细描述根据本发明的冷却系统的运行和效果。
当给根据本发明的冷却系统通电时，压缩机100的电动机M运行以产生转动力。此外，电动机M的转动力通过转动轴131被分别传递到第一和第二叶轮133a和133b，因而第一和第二叶轮133a和133b分别在第一和第二压缩室C1和C2中旋转。
当第一和第二叶轮133a和133b分别在第一和第二压缩室C1和C2中旋转时，流过蒸发器400的低温低压状态的致冷剂通过吸入管P1流入电动机安装室C中。流过电动机安装室C中的致冷剂气体通过第一连接流动通道F1被吸入第一压缩室C1中以便在第一压缩室C1中被初步压缩，随后，致冷剂通过第二连接流动通道F2被引入第二压缩室C2中以便在第二压缩室C2中被再次压缩。
在压缩机100的第二压缩室C2中被再次压缩的高温高压状态的致冷剂气体通过排出管P2被排到冷凝器200中。被排出的致冷剂在流过冷凝器200时将内部潜热散发到外部从而被冷凝。
在流过冷凝器200被冷凝成液态的致冷剂在通过膨胀装置300时变成低温低压状态并且随后被引入蒸发器400。引入蒸发器的液态致冷剂通过吸收外部热量被蒸发。在蒸发器400中变成气态的低温低压的致冷剂气体通过涡轮压缩机的连接管P和吸入管P1被吸入第一和第二压缩室C1和C2中。
另一方面，当在驱动冷却系统的过程中由安装在涡轮压缩机100上的温度测量组件122检测的温度高于一设定温度时，打开/关闭阀121在控制器120的控制下被打开。随后，在通过冷凝器200之后正流向膨胀装置的一些冷凝的致冷剂被引导通过致冷剂分流通道110，并通过喷嘴111，即通过定子喷嘴111a和转子喷嘴111b喷到安装在壳体130中的电动机M上。因此，由电动机M产生的高温热量能够被冷却。
因而，在涡轮压缩机100的运行过程中电动机M产生的热量被冷却。当电动机M产生的热量被冷却时，可以防止涡轮压缩机的过热。
此外，当冷凝的致冷剂被喷到电动机M上并且电动机M的温度被降到低于设定温度时，打开/关闭阀121在控制器120的控制下被关闭。随后，流向膨胀装置300的一些冷凝的致冷剂不流到致冷剂分流通道110，而是流到膨胀装置300。因此，冷凝的致冷剂也不通过喷嘴111喷射。
在根据本发明第二实施例的冷却系统的情况下，当由安装在涡轮压缩机500上的温度测量组件522检测的温度高于一设定温度时，打开/关闭阀521在控制器520的控制下被打开。随后，在通过冷凝器200之后正流向膨胀装置的一些冷凝的致冷剂通过第一致冷剂分流通道510a引导到电动机冷却组件512a中，在流过电动机冷却组件512a时，冷凝的致冷剂冷却由电动机M产生的高温热量。此外，冷却由电动机M产生的高温热量的冷凝的致冷剂流过第二致冷剂分流通道510b，以便通过连接管P引入到膨胀装置300中。
此外，当通过将致冷剂喷到电动机M上使电动机M的温度降到低于设定温度时，打开/关闭阀521在控制器520的控制下被关闭。随后，一些冷凝的致冷剂不流到第一致冷剂分流通道510a，而是流到膨胀装置300。因此，冷凝的致冷剂不流到电动机冷却组件512a。
在根据本发明第三实施例的冷却系统的情况下，流过冷凝器200的一些冷凝的致冷剂通过第一致冷剂分流通道610a被引入形成在壳体630内壁上的电动机冷却组件612a中，并在流过电动机冷却组件612a时冷剂涡轮压缩机600。此外，流过壳体630的电动机冷却组件612a的致冷剂通过第二致冷剂分流通道610b被引入到膨胀装置300中。
根据本发明，高速运行的涡轮压缩机采用在包括在冷却系统中的冷凝器内被冷凝的冷凝致冷剂来冷却，因此，涡轮压缩机的冷却可以平稳地进行，从而可以防止产生高速转动力的涡轮压缩机的电动机过热。
如上所述，根据本发明的用于涡轮压缩机的冷却系统，涡轮压缩机能够利用在冷却系统中循环的液态致冷剂有效地被冷却，从而可以防止构成涡轮压缩机的电动机产生的热量导致电动机和压缩装置的过热。因而可以防止涡轮压缩机的电动机和压缩装置损坏，增长压缩机的使用寿命，提高涡轮压缩机的可靠性。
由于本发明可以以多种形式来体现，而不会脱离本发明的精神和实质特征。因此，应理解的是，上述实施例仅仅是示例性的，并不构成对本发明的限制。在不脱离本发明范围的情况下，显然，本领域的技术人员可对本发明进行许多替换、修改和改变，它们都应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冷却系统，包括用于通过电动机的运行来压缩致冷剂的压缩机、冷凝器、膨胀装置、和蒸发器，其中：
压缩机包括壳体，其中形成有用于安装电动机的电动机安装室，并且第一和第二压缩室形成在电动机安装室的两侧；以及分别安装在第一和第二压缩室中的第一和第二叶轮；以及
还包括致冷剂流动通道，致冷剂流动通道形成为使得来自蒸发器的致冷剂在流过电动机安装室、第一压缩室和第二压缩室之后排到冷凝器，其特征在于，所述冷却系统还包括：
电动机冷却装置，所述电动机冷却装置包括用于使流过冷凝器的一些致冷剂流到压缩机的致冷剂分流通道；用于测量电动机温度的温度测量组件；用于在电动机的温度高于设定温度时控制流过冷凝器的一些致冷剂流到致冷剂分流通道的控制器；以及用于通过控制器的控制以打开/关闭致冷剂分流通道的打开/关闭装置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述致冷剂分流通道形成为覆盖电动机并且与膨胀装置连接。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电动机冷却装置包括用于使流过冷凝器的致冷剂喷到电动机上以冷却电动机的致冷剂喷射装置；和用于在电动机的温度高于设定温度时控制被喷到电动机的致冷剂的控制器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电动机冷却装置还包括喷嘴，喷嘴与致冷剂分流通道连接以便将流过冷凝器的致冷剂喷到电动机上。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，致冷剂分流通道包括用于冷却电动机转子的第一致冷剂分流通道和用于冷却电动机定子的第二致冷剂分流通道。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述致冷剂冷却装置形成为覆盖电动机并且包括与膨胀装置连接的致冷剂分流通道。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，致冷剂分流通道形成在容纳电动机的壳体内并且与膨胀装置连接。
8.一种用于一冷却系统的冷却方法，该冷却系统包括用于通过电动机的运行来压缩致冷剂的压缩机、冷凝器、膨胀装置、和蒸发器，其中：
压缩机包括壳体，其中形成有用于安装电动机的电动机安装室，并且第一和第二压缩室形成在电动机安装室的两侧；以及分别安装在第一和第二压缩室中的第一和第二叶轮；以及
还包括致冷剂流动通道，致冷剂流动通道形成为使得来自蒸发器的致冷剂在流过电动机安装室、第一压缩室和第二压缩室之后排到冷凝器，其特征在于，所述冷却系统还包括：
电动机冷却装置，所述电动机冷却装置包括用于使流过冷凝器的一些致冷剂流到压缩机的致冷剂分流通道；用于测量电动机温度的温度测量组件；用于在电动机的温度高于设定温度时控制流过冷凝器的一些致冷剂流到致冷剂分流通道的控制器；以及用于通过控制器的控制以打开/关闭致冷剂分流通道的打开/关闭装置，其特征在于，该冷却方法包括以下步骤：当在测量之后电动机的温度高于设定温度时将流过冷凝器的致冷剂喷到电动机上，从而冷却电动机。
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