CN1349079A - 从中间冷却器供给致冷剂以冷却旋转机械和润滑油的多级压缩制冷机 - Google Patents
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Abstract
公开了一种多级压缩制冷机,该制冷机能有效地冷却诸如电机之类的旋转机和润滑油,通过使用致冷剂和增加在蒸发器中用于保证制冷能力的致冷剂的量,从而提高制冷能力。此制冷机包括:冷凝器,用于将冷凝的致冷剂通过中间冷却器供给蒸发器;多级压缩系统,用于从相邻压缩机之间的中间位置吸入上述致冷剂,并吸入从中间冷却器蒸发的致冷剂,将所吸入的致冷剂一起压缩,并将其输送至蒸发器;旋转机冷却器,用于冷却驱动多级压缩系统的旋转机;和润滑油冷却器,用于冷却润滑油。从中间冷却器抽取的致冷剂被供给至旋转机冷却器和润滑油冷却器,此致冷剂用于冷却后返回蒸发器。
Description
发明背景
发明领域
本发明涉及多级压缩制冷机，例如离心制冷机、螺旋制冷机或其它类似的制冷机。
现有技术说明
多级压缩制冷机广泛用于一般建筑物、工厂及类似场所的空调系统。例如，如图3所示双级压缩制冷机包括：蒸发器51；第一级压缩机53和第二级压缩机54，此两压缩机均由电动机52(自此以后均简称为电机52)驱动旋转；冷凝器55；中间冷却器56；电机冷却器57，用于使用致冷剂冷却电机52；和润滑油冷却器58，用于使用致冷剂冷却润滑油。
在蒸发器51中，液态致冷剂被流经管59温度为12℃的冷水加热，于是生成汽化致冷剂61在此过程中，通过在蒸发器51中的热交换使冷水60冷却至大约7℃，然后将其送出。因此，蒸发器中的温度保持在大约5℃。
在蒸发器51中生成的汽化致冷剂61被吸入第一级压缩机53和第二级压缩机54，被吸入的致冷剂通过由电机52驱动旋转的压缩器两级压缩，从而输出高温高压的汽化致冷剂61a。在此，从中间冷却器56的汽化致冷剂61b也被引入(或吸入)第一级压缩机53和第二级压缩机54之间的通道(即在第二级压缩机54的上游侧)，而被吸入的汽化致冷剂61也与从蒸发器51来的汽化致冷剂一起被压缩。
在冷凝器55中，从第二级压缩机54输出的高温高压汽化致冷剂61a被流经管62的冷却水63冷却，从而将汽化致冷剂61a冷凝成液体。在此过程中，通过在冷凝器55中的热交换使冷却水63被加热，并在随后排出。冷凝了的液态致冷剂64被积聚在冷凝器冷凝器55的底部；于是，冷凝器55内的温度大约为40℃。
从冷凝器55供给的液态致冷剂64a的压力，借助于使用第一级膨胀阀65，下降至中间压力，于是，致冷剂61b膨胀，而一部分膨胀了的致冷剂作为汽化致冷剂61b，从中间冷却器56输出。如上所述，此汽化致冷剂61b是供给至第一级压缩机53与第二级压缩机54之间的中间位置。与此相反，通过致冷剂64a蒸发而被冷却的剩余致冷剂64a的压力，通过使用第二级蒸发阀66而进一步降低，并随后被供给蒸发器51。
此外，聚集在冷凝器55底部的致冷剂64的一部分64b被用于冷却电机52和润滑油。更具体说，致冷剂64b首先被供给润滑油冷却器58以冷却润滑油，然后被供给电机冷却器57以冷却电机52。此后，包括汽化部的致冷剂64b返回蒸发器51。
然而，在传统多级压缩制冷机中，聚集在冷凝器55底部温度大约40℃的致冷剂64b(液态致冷剂64的一部分)被用于冷却电机52和润滑油，在用于冷却后的致冷剂64b返回蒸发器51，此蒸发器内部温度大约5℃。因此，液态致冷剂64b由于冷凝器55与蒸发器51之间的压力差而膨胀，结果，致冷剂64b在蒸发器51中蒸发。于是，用于保证或增加致冷能力的液态致冷剂的量减少，从而降低了制冷能力。
发明概述
在上述情况研究中，本发明的目的之一在于提供一种多级压缩制冷机，以借助于使用致冷剂有效地冷却诸如电机之类的旋转机械和润滑油，并增加用于保证蒸发器制冷能力的致冷剂量，从而改善制冷能力。
因此，本发明提供一种多级压缩制冷机，包括：
蒸发器；
冷凝器，用于冷凝致冷剂，并通过中间冷却器向蒸发器供给冷凝致冷剂；
多级压缩系统，该系统具有数个串联的压缩机，用于：
吸入在蒸发器中蒸发的致冷剂；
吸入从中间冷却器蒸发的致冷剂，这是从多级压缩系统中相邻压缩机间的中间位置吸入；和
将被吸收的致冷剂一起压缩，并将被压缩的致冷剂排入冷凝器；
旋转机，用于驱动多级压缩系统；
旋转机冷却器，用于冷却旋转机；和
润滑油冷却器，用于冷却润滑油，该润滑油用于润滑此旋转机，其中：
从中间冷却器抽取的冷却剂是供给旋转机冷却器和润滑油冷却器，而此致冷剂在用于冷却之后返回蒸发器。
根据本发明，旋转机和致冷剂可被有效地冷却，而用于保证和提高制冷能力的液态致冷剂(在蒸发器中)的量可以减少，从而提高制冷能力和降低运行成本。
可以作到：
设置串联的一个或多个中间冷却器，从每一中间冷却器向多级压缩系统之相邻压缩机的每一中间位置供给蒸发了的致冷剂；和
供给润滑油冷却器和旋转机冷却器的致冷剂，是从设置在串联的中间冷却器的最下游的中间冷却器抽取的。
在此情况下，致冷能力可进一步提高，而成本可进一步降低。
通常，旋转机为电机。
附图简介
图1为根据本发明第一实施例之多级压缩制冷机总体结构的原理图；
图2为根据本发明第二实施例之多级压缩制冷机总体结构的原理图；
图3为传统多级压缩制冷机总体结构的原理图。
对推荐实施例的说明
在此，将对根据本发明之实施例结合附图详细说明。
图1为根据本发明第一实施例之多级压缩制冷机总体结构的原理图。在具有两级压缩机系统的多级压缩制冷机中，(i)在冷凝器中的冷凝致冷剂经过一中间冷却器供给一蒸发器；(ii)第一蒸发致冷剂被两级压缩机系统吸收，该第一蒸发致冷剂通过使蒸发器中的致冷剂蒸发获得；(iii)第二汽化致冷剂从两级压缩机之间的中间位置吸入，该第二汽化致冷剂由蒸发通过中间冷却器的致冷剂获得；(iv)第一汽化冷却剂和第二汽化冷却剂被压缩并被送入冷凝器。
因此，如图1所示，本实施例之多级压缩制冷机包括：蒸发器1；第一级压缩机3和第二级压缩机4，此两压缩机由电动机2(此后简写为电机2)驱动旋转；冷凝器5；中间冷却器6；电机冷却器7，用于通过使用致冷剂冷却电机；和润滑油冷却器8，用于通过使用致冷剂冷却润滑油。
蒸发器1和第一级压缩机3通过管路9彼此连接。第一级压缩机3和第二级压缩机4通过管路10彼此连接。第二级压缩机4和冷凝器5通过管路11彼此连接，冷凝器5和中间冷却器6通过管路12彼此连接，中间冷却器6和蒸发器1通过管路13彼此连接，中间冷却器6、润滑油冷却器8和电机冷却器7通过管路14彼此连接。中间冷却器6、第一级压缩机3、第二级压缩机4通过管路15和管路10彼此连接，电机冷却器7和蒸发器1通过管路16彼此连接。
在蒸发器1中，温度为12℃的冷水18流经设置在蒸发器1中管路17如图1所示，液态致冷剂被冷水18加热，于是生成汽化致冷剂19。在此过程中，冷水18通过在蒸发器1中的热交换被冷却至大约7℃，并随后被输送出蒸发器1外。结果，蒸发器1的温度大约为5℃。
蒸发器1中生成的汽化致冷剂19通过管路9被吸入第一级压缩机3和第二级压缩机4，被吸入的致冷剂被第一级压缩机3的压缩器压缩，该压缩机由电机2驱动。此被压缩的汽化致冷剂通过管路10被吸入第二级压缩机4，并被第二级压缩机4的压缩器进一步将其压缩，于是输出高温高压汽化致冷剂19a。这里，从中间冷却器6经过管路15的汽化致冷剂19b也被引入(或吸入)第一级压缩机3和第二级压缩机之间中间管路(即第二级压缩机4的上游一侧)，而被吸入的汽化致冷剂19b也与从蒸发器1来的汽化致冷剂19一同被压缩。
在冷凝器5中，冷却水21流经设置在冷凝器5中的管路20，如图1所示。从第二级压缩机4输出并通过管路11供给的高温高压汽化致冷剂19a，用冷却水21冷却，于是将汽化致冷剂19a冷凝为液体。在此过程中，冷却水21通过在冷凝器5中的热交换被加热，并随后排出冷凝器5外。冷凝的液态致冷剂22聚集在冷凝器5的底部。结果，冷凝器5中的温度大约为40℃。
中间冷却器6是设置以保持冷凝器5和蒸发器1之间一定的压力差，使一部分致冷剂22蒸发和增加蒸发器1的潜热。因此，在中间冷却器6中，从冷凝器5供给的液态致冷剂22的压力，借助于使用设置在管路12中间位置的第一级膨胀阀23，减小至一中间压力，于是致冷剂22膨胀。一部分膨胀的致冷剂被用作汽化致冷剂19b。如上所述，此汽化致冷剂19b被供给至第一级压缩机3和第二级压缩机4之间的管路10。另一方面，使用设置在管路13中间位置的第二级膨胀阀24，通过致冷剂22蒸发而冷却的其余致冷剂的压力进一步降低，并被供给蒸发器1。结果，中间冷却器6中的温度大约20℃。
此外，在中间冷却器6中的一部分致冷剂22，被抽取作为冷却电机2和润滑油的致冷剂25。更具体说，致冷剂25首先经过管路14及相应的管路被供给至润滑油冷却器8以冷却润滑油，然后进一步供给至电机冷却器7以冷却电机2。此后，包括汽化部的致冷剂25经过管路16返回蒸发器1。
如上所述，在如图1所示第一实施例之两级压缩制冷机中，中间冷却器6的一部分液态致冷剂22被抽取，此处中间冷却器6的温度大约为20℃，此温度低于冷凝器5的温度(即40℃)，而中间冷却器6与蒸发器1间的压力差低于冷凝器5与蒸发器1之间的压力差。此被抽取的液态致冷剂25是用于冷却电机2和润滑油，并在用于冷却后，致冷剂返回蒸发器1，蒸发器内部的温度大约为5℃。因此，与从冷凝器5抽取致冷剂的情况相比，液态致冷剂25的量较少，这是由于中间冷却器6和蒸发器1之间的压力差使致冷剂膨胀。
因此，液态致冷剂的量增加，此液态致冷剂在蒸发器1中蒸发并从而可用于保证或提高制冷能力，而每单位致冷能力的致冷剂流量被降低。因此，性能系数COP(Coefficient of performance)可以改善，并可获得具有优越致冷效率的两级压缩制冷机。在此，性能系数COP定义为“制冷能力/电机输入”。
图2为根据本发明第二实施例的多级压缩制冷机结构的原理图。第二实施例与第一实施例相比，其不同的特征在于提供了一种四级压缩制冷机，该制冷机除第一级压缩机3和第二级压缩机4外，具有第三级压缩机26和第四级压缩机27。因此，在第二实施例中还设置了两个中间冷却器28和29、连接这些元件的管路30至35以及第三和第四膨胀阀36和37。
中间冷却器6紧邻冷凝器5之后设置，设置在该中间冷却器6下游侧的中间冷却器28和29的压力，由于使用膨胀阀24和36而进一步降低，这些中间冷却器28和29通过致冷剂22经过中间冷却器6和28的蒸发而被冷却。因此，中间冷却器28的温度大约为15℃，中间冷却器29的温度大约为10℃。
从设置在最下游侧的中间冷却器29抽取的致冷剂25被用于冷却电机2和润滑油。其它结构元件和功能与第一实施例相同。
如图2所示，第二实施例之四级压缩制冷机中，在最下游侧中间冷却器29中的一部分致冷剂22被抽取，中间冷却器29的温度大约10℃，此温度大大低于冷凝器5大约40℃的温度，而中间冷却器29与蒸发器1之间的压力差十分小。此被抽取的致冷剂25用于冷却电机2和润滑油，用于冷却之后，致冷剂返回内部温度大约为5℃的蒸发器1。因此，在中间冷却器29与蒸发器1间由于压力差而自膨胀的致冷剂(用于冷却)用量，与用于冷却的致冷剂从冷凝器5抽取的情况相比要小得多。因此，在蒸发器1中蒸发并用于保证制冷能力的液态致冷剂的量明显增加。结果，单位制冷能力的致冷剂流量减小而COP增加，可获得具有优越制冷效率的四级压缩制冷机。
本发明的实施例已说明如上。不过，本发明并不局限于这些实施例，在本发明精神和范围内可以有各种变形方案与修改。
例如，多级压缩制冷机的级数并不局限于二级或四级，也可为三级或多于四级。
此外，在上述实施例中，旋转机是电机。然而，本发明可用于采用其它类型旋转机的多级压缩制冷机，例如燃汽机、柴油机、蒸汽透平机、燃汽透平机以及类似的机械。
Claims (3)
1.一种多级压缩制冷机，包括：
蒸发器；
冷凝器，用于冷凝致冷剂，并通过中间冷却器向蒸发器供给冷凝致冷剂；
多级压缩系统，该系统具有数个串联的压缩机，用于：
吸入在蒸发器中的蒸发致冷剂；
吸入从中间冷却器蒸发的致冷剂，这是从多级压缩系统中相邻压缩机间的中间位置吸入；和
将被吸收的致冷剂一起压缩，并将被压缩的致冷剂排入冷凝器；
旋转机，用于驱动多级压缩系统；
旋转机冷却器，用于冷却旋转机；和
润滑油冷却器，用于冷却润滑油，该润滑油用于润滑此旋转机，其中：
从中间冷却器抽取的冷却剂，是供给旋转机冷却器和润滑油冷却器，而此致冷剂在用于冷却之后返回蒸发器。
2.如权利要求1所述的多级压缩制冷机，其中：
设有串联的一个或多个中间冷却器，用于从每一中间冷却器，将蒸发致冷剂供给至多级压缩系统的相邻压缩机间的中间位置；和
供给至润滑油冷却器和旋转机冷却器的致冷剂，是从设置在串联的诸中间冷却器中的最下游中间冷却器抽取。
3.如权利要求1所述的多级压缩制冷机，其中：旋转机是电机。
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Granted publication date: 20040602 |