CN1369051A - 用于致冷器的热虹吸式油冷却器 - Google Patents

Abstract

一种在致冷器中的润滑油的冷却,该冷却是通过使热油与源自致冷器冷凝器(14)并又返回其中的液态致冷剂进行热交换接触而实现的。在一个油冷却热交换器(36)中进行的从油向致冷剂的热量的排放使致冷剂蒸发,从而在从冷凝器(14)流出的致冷剂与油冷却热交换器(36)中的下游的致冷剂之间产生密度差。该密度差引发了持续地维持致冷剂流过热交换器(36)以进行冷却的作用。

Description

用于致冷器的热虹吸式油冷却器

发明背景

本发明涉及致冷器。具体地说，本发明涉及致冷器中压缩机润滑剂的冷却。更具体地说，本发明涉及这样一种使致冷器中的压缩机润滑剂的冷却：冷却由是致冷器系统本身的致冷剂使润滑剂冷却的，该致冷剂通过热虹吸效应的作用从致冷器冷凝器流出而后又返回其中。

致冷器使用种种类型的压缩机以压缩致冷气体，该致冷气体首先被冷凝，而后它将在热负荷的冷却过程中蒸发。在绝大多数情况下，这种压缩机具有若干旋转元件，这些旋转元件被支承在一个或多个轴承中以它们使转动，而轴承需要加以润滑以确保其能正常工作。因此，在用于润滑轴承的油被输送到轴承表面上之前先将其冷却，可提高轴承的可靠性从而也提高了致冷器的整体的可靠性。

目前有种种用于实现在致冷器中的油的冷却方法与种种冷却装置。许多冷却媒质、多种不同类型的热交换器、多种不同的使油以及用于与油进行热交换接触而使油冷却的媒质移动的原动力已在实践中得到运用。许多时候，至少使对致冷器中的油进行冷却作用所需的媒质的流动需要使用泵、喷射器或者其它的机械或电子机械装置，上述这些装置会增加致冷器制造过程的成本和/或使制造过程复杂化，和/或需要使用阀和/或控制器。这些与油的冷却过程相关的机械或电子机械装置、泵和/或控制器的使用还会带来故障的隐患，从而降低致冷系统整体的可靠性。

因此，这就需要一种用于致冷器的装置和方法，通过该装置与方法可使润滑致冷器的压缩机轴承用的油冷却，这种装置与方法其本身不会发生故障，是可靠的，并且无需使用机械和/或电子机械装置、泵和/或控制器来使冷却润滑剂的媒质流与需要冷却的润滑油进行热交换接触。

发明内容

本发明的一个目的是使在致冷器中用于润滑压缩机轴承的油冷却。

本发明的另一个目的是使在致冷器中用于润滑轴承的油以这样一种方式冷却，即，该方式无需使用使媒质流动的与油进行热交换而使油冷却的机械或电子机械装置、阀和/或控制器。

本发明的另一个目的是使用致冷系统本身的致冷剂来冷却用于润滑致冷器压缩机的轴承的油。

本发明的另一个目的是以这样一种方式使用致冷系统的致冷剂来冷却用于润滑致冷器压缩机轴承的油，该方式对致冷系统的总体效率的负面影响极小。

本发明的另一个目的是使用致冷系统的致冷剂来冷却用于润滑致冷器压缩机的轴承的油，其中的致冷剂来自于致冷器的冷凝器并又返回其中。

本发明的另一个目的是使用液态的系统的致冷剂冷却用于润滑致冷器的压缩机轴承的油，其中在油冷却的过程中所使用的液态致冷剂至少局部地蒸发，这种蒸发使得在为了达到冷却油的目而使致冷剂流经的路径中产生一压差，该路径及所产生的压差使两相形态的致冷剂返回到系统冷凝器中。

最后，本发明的一个目的是使用系统的致冷剂来冷却用于润滑致冷器压缩机的轴承的油，其中致冷剂从系统冷凝器流出以及流回冷凝器中的流动动是通过热虹吸式的流动引起的，当致冷器工作时这种流动可以自我维持和继续。

结合下列较佳实施例的说明与附图，可以较地地理解本发明的这些与其它的目的，这些目的是通过将油冷却热交换器置于致冷器中的一个位置处而实现的，在该位置处在重力的作用下，可便液态致冷剂从系统冷凝器中流出，以及致冷剂可通过热虹吸效应以可自我维持的过程从该位置回到冷凝器中。为此，在致冷器中，油冷却热交换器置于冷凝器下面，使得在将冷凝器的底部与油冷却热交换器相连的管道中可形成一稍微过冷的液态致冷剂柱。热的系统润滑剂被输送到油冷却热交换器中，这那里润滑剂向源自系统冷凝器中的稍微过冷的液态致冷剂释放出热量。在油冷却热交换器中从油向液体致冷剂热量的释放出使得一部分致冷剂蒸发，并通过将油冷却热交换器与系统冷凝器中蒸发空间相连的管线上升而离开热交换器。当油冷却后，致冷剂通过返回管路上升回到冷凝器时，其中的致冷剂为饱和液态与汽化的致冷剂的两相混合物，该两相致冷剂的体积平均密度比从冷凝器供给到油冷却热交换器中的过冷的液态致冷剂的小。在被供给到油冷却热交换器的致冷剂与从其中返回的致冷剂之间的密度差产生了一个压力差，该压差在一热虹吸过程中使从冷凝器流出、通过油冷却热交换器并回到冷凝器蒸气空间的致冷剂得以自持地进行。

附图说明

附图是使用本发明的油冷却装置的致冷器的示意图。

较佳实施例的描述

致冷器10包括一压缩机12、一冷凝器14、一膨胀装置16以及一蒸发器18，上述这些装置相互连接从而可流动而形成一致冷回路。在较佳实施例中压缩机12为一离心式压缩机，在致冷器工作中，压缩机12压缩系统的致冷剂，并且以一种相对高温高压的气态的形式将致冷剂排放到冷凝器14的蒸汽空间20中。在较佳实施例的致冷器中，冷凝器14被抬高至位于蒸发器18的上方。

高温、高压的致冷剂通过如由冷凝器14的管束22流过的水之类的媒质而被冷却，并且冷凝为液态。冷凝后的致冷剂汇集到其中的底部24。在某些类型的致冷器中，可使用周围环境空气冷却从冷凝器中排放出的致冷气体。

冷凝后的致冷剂从冷凝器14向膨胀装置16流动，通过膨胀过程，一部分致冷剂蒸发使致冷剂冷却。现在，较冷的、压力较低的、两相致冷剂被输送到蒸发器18中，而该蒸发器18较佳地为降膜式蒸发器。需要指出的是，在较佳实施例中压缩机12为离心式压缩机，蒸发器18为降膜式蒸发器，但本发明也适用于使用其它类型的蒸发器与压缩机的致冷系统。

例如水之类的媒质通过在蒸发器中的管束26流动，其中媒质是从致冷器10进行冷却的热负荷中返回的。当相对较热的媒质进入蒸发器18时，该媒质与从膨胀装置16传输入的致冷剂热交换接触。当从管束26中流动通过的媒质向蒸发器中的致冷剂排放出它的热量时，媒质得以冷却。而致冷剂由于这些热量而蒸发，并在前进的过程中回到压缩机12中。在蒸发器中被冷却的媒质返回到热负荷中以进一步使其冷却，这同样也是在前进的过程中进行的。

像许多致冷器一样，压缩机12也使用了一个或多个旋转部件。在较佳实施例的离心压缩机的情况中，移动部件是一推进器(未图示)，它被安装在一轴(未图示)上以进行转动该轴至少置于一个轴承。和大多数轴承一样轴承18需要进行润滑，和大多数轴承的情况一样，润滑作用是通过将油输送到轴承的位置而实现的。同样和所有的轴承一样，由于对轴承进行润滑，输送到轴承的油的温度会升高。由于对轴承起润滑作用的油进行冷却可以延长轴承的使用寿命，所以通常在许多轴承应用中均采用对油冷却的方案。在较佳实施例的致冷系统中，致冷器10中的轴承润滑油源自油槽30，并通过润滑剂供给管线32输送到轴承28处。置于槽30中的泵34为使油通过供油管32输送到轴承中提供了动力。这些油在轴承润滑的过程中被加热，因此在油返回到槽内时，它的温度将相对较高，在将它再用于润滑之前使之冷却将是有益的。

本发明中油冷却的安排是基于这样一种设置，即，将油冷却热交换器置于致冷系统中低于系统冷凝器的一个位置上。在本发明的情况中，油冷却热交换器36为一铜的平板式热交换器，冷凝系统的致冷剂从冷凝器14中的致冷剂池24通过致冷剂供给管38被输送到热交换器中。由于冷凝器14置于油冷却热交换器36之上，在管线38中的液态致冷剂形成一液柱，它是具有第一密度的稍微被低温冷却的液态致冷剂。需理解的是，在较佳实施例中高压的液态致冷剂是直接从冷凝器中被抽取出的，但它也可以从冷凝装置的下游取出，但取出的位置一定要在膨胀装置的上游。

通过管线38被输送到油冷却热交换器36的稍微过冷的液态致冷剂与相对热油热交换接触，而这些较热的油是由泵34通过供油管32泵向油冷却热交换器36的。在油冷却热交换器36中相对较热的油与相对较冷的致冷剂之间的热交换使得一部分致冷剂蒸发。因此，在油冷却热交换器36内发生的油冷却过程产生了一种两相的液-气致冷剂混合物。这种两相的致冷剂混合物的密度比通过管线38输送到油冷却热交换器中的液态致冷剂柱为低，因此，油冷却致冷剂流过的路径而形成的热虹吸回路所产生的结果是，该混合物通过回流管线40而上升起。

在油冷却热交换器前面的液态致冷剂供给管线38中形成的液态致冷剂柱所产生的静压头有助于致冷剂通过热虹吸回路移动。由于致冷剂流是流向与来自冷凝器的，因此流向与来自压力基本相同的位置，所以尽管存在流动的磨擦损失，使致冷剂流向、通过与从油冷却热交换器36的热虹吸式的运动在致冷器的所有工作条件下均可确保自我维持，并且确保静压头将始终帮助致冷剂从热交换器向冷凝器的蒸气空间的返回。

需指出的是，在较佳实施例中，与逆向流动相对，通过油冷却热交换器的致冷剂流动其性质上较佳地是并流的(cocurrent)。也就是说，从油槽泵取的油被输送到交换器中与液态致冷剂进行热交换接触，而送到油冷却热交换器的致冷剂是处于最低温度的致冷剂。这确保了最热的油能尽可快地在油冷却热交换器中与最冷的液态致冷剂热进行交换接触，从而利用了两种流体之间最大的初始温度差。最大的初始温度差使油冷却热交换器内致冷剂能尽快地沸腾/蒸发，从而帮助引起且维持了通过其中的致冷剂的流动。

由于在本发明中用于冷却油的媒质是源自冷凝器的致冷剂，以及由于冷凝器的温度会改变，所以离开油冷却热交换器36的油的温度将随着饱和冷凝器的温度改变。然而，在每种情况中，获得的油的冷却将足够确保充分的、连续的、可靠的压缩机轴承以及压缩机12内其它需要润滑的表面或位置的润滑。

需要指出的是，本发明的热虹吸式的结构仅需要从系统冷凝器向油冷却热交换器输送少量的系统致冷剂。因此，在致冷器中的油的冷却将以这种油冷却过程对致冷系统的整体效率的负面影响最小的方式实现。

另需指出的是，离开油冷却热交换器的致冷剂取自系统冷凝器且将返回冷凝器中，与其它油冷却的方案相比，在其他的方案中，用于冷却油的致冷剂是返回到致冷器中致冷剂压力较低的一个不同的位置处的。因而，根据本发明，系统压缩机无需为了使用于油冷却的致冷剂回到冷凝器的压力而对致冷剂作功。这将使油冷却过程对致冷器整体效率的负面影响最小化。

还需指出的是，由于供给管38中的液态致冷剂与管线40中的两相致冷剂混合物之间密度的不同而引起的热虹吸式的流动，以及在由管线38中的液态致冷剂柱中所产生的静压头的协助下，无需使用调节使油冷却的媒质流的机械或电子机械装置、阀或控制器，便可建立和维持使油冷却的自我持续进行的媒质流。因而，本发明的油冷却的配置是可靠、简单且经济的，同时又可使在其它致冷器中的油冷却方案中常常出现的对致冷系统效率的负面影响最小化。

虽然本发明是根据较佳实施例描述的，但是本技术领域的技术人员应该很清楚在本发明的范围中还可以有其它种种实施例。在此前提下，本发明所主张的权利要求为：

Claims (20)

1.一种致冷器，它包括：

一冷凝器；

一膨胀装置；

一蒸发器；

一压缩机，所述冷凝器、所述膨胀装置、所述蒸发器以及所述压缩机可流通地相连，从而形成一致冷回路；

一油冷却热交换器；

一油槽，油从油槽输送到所述致冷器中需要润滑的位置，所述油在被输送到需要润滑的所述位置之前流过所述油冷却热交换器；

一供给管，来自所述冷凝器的液态致冷剂通过该供给管流向所述油冷却热交换器；以及

一回流管，当致冷剂被流过的油加热后，致冷剂从油冷却热交换器通过回流管流出，致冷剂通过所述回流管的流动是由从通过所述油冷却热交换器流动的油向其中的致冷剂排出热量而引起的。

2.如权利要求1所述的致冷器，其特征在于，流过所述油冷却热交换器的油向其中的致冷剂的所述热量的排放使一部分所述致冷剂的蒸发，从而在所述回流管中产生了液体与汽体致冷剂的混合物，所述混合物的密度比供给管中液态致冷剂的密度小，它们之间的密度差产生了一个压差，该压差使致冷剂从所述油冷却热交换器中流出。

3.如权利要求2所述的致冷器，其特征在于，所述回流管在所述油冷却热交换器与所述冷凝器之间连通。

4.如权利要求1所述的致冷器，其特征在于，所述油冷却热交换器置于所述冷凝器之下，所述油冷却热交换器置于所述冷凝器之下从而在所述供给管中的液态致冷剂产生一静压头，所述静压头对维持致冷剂从所述热交换器返回所述冷凝器的流动起着帮助作用。

5.如权利要求4所述的致冷器，其特征在于，源自所述冷凝器的所述液态致冷剂直接从通常位于所述冷凝器底部的一个位置向所述油冷却热交换器流动，其中通过所述供给管流动的致冷剂的总体流向且通过所述油冷却热交换器，并且随后返回到所述冷凝器的蒸气空间中。

6.如权利要求5所述的致冷器，其特征在于，除了在所述供给管中的所述密度差与所述静压头之外致冷剂从所述油冷却热交换器通过所述回流管向所述冷凝器的流动无需使用任何阀或控制器来调节，并且也无需使用任何动力。

7.如权利要求5所述的致冷器，其特征在于，所述油冷却热交换器为一铜的平板式热交换器。

8.如权利要求5所述的致冷器，其特征在于，通过所述油冷却热交换器的液态致冷剂流与油流是并流的，即，最冷的液态致冷剂与最热的油在所述油冷却热交换器内进行热交换接触，从而可利用它们之间相对较大的最初的温差，在所述热交换器内尽快地引起所述致冷剂的蒸发。

9.一种致冷器，它包括：

一冷凝器；

一膨胀装置；

一蒸发器；

一油槽；

一压缩机，当所述致冷器工作时，油从所述槽流向所述压缩机，所述冷凝器、所述膨胀装置、所述蒸发器与所述压缩机相连以实现流通，从而形成一致冷回路；以及

一热虹吸式油冷却器，在油被输送到所述压缩机之前，油从所述槽通过所述热虹吸式油冷却器流动，而致冷剂流向且从所述热虹吸式油冷却器流出，所述油与所述致冷剂在冷却器中进行热交换接触，流向所述油冷却器的致冷剂的温度比流向且通过所述油冷却器的油的温度低，使得所述油在冷却器中向所述致冷剂排出热量，所述热量的排出使得一部分所述致冷剂蒸发，并且在所述热交换器的下游中产生了致冷剂混合物，该混合物的密度比流向所述油冷却器的致冷剂的密度低，所述密度差使致冷剂从所述热虹吸式油冷却器的向上流出。

10.如权利要求9所述的致冷器，其特征在于，致冷器以液态的形式从所述冷凝器向所述热虹吸式油冷却器流动，而致冷剂又以两相致冷剂混合物的形式从所述热虹吸式油冷却器返回到所述冷凝器中。

11.如权利要求10所述的致冷器，其特征在于，在所述热虹吸式油冷却器中所述的热量排放是在所述冷凝器下面的一个位置中发生的，源自所述冷凝器的所述液态致冷剂从所述冷凝器向下流向所述热虹吸式冷却器，由此使得在所述热虹吸式油冷却器的上游的液态致冷剂产生一静压头，当所述致冷器工作时，所述静压头与所述密度差一同使得致冷剂流向、通过以及流出所述油冷却器的可自我维持地继续进行。

12.如权利要求13所述的致冷器，其特征在于，液态致冷剂直接从所述冷凝器流向所述热虹吸式油冷却器，以及其中致冷剂从所述热虹吸式油冷却器流向所述冷凝器的蒸发空间。

13.如权利要求12所述的致冷器，其特征在于，除所述的密度差以及重力之外，无需使用任何阀或控制器对流动进行调节，也无需任何的动力，便可使致冷剂发生流向、通过与流出所述热虹吸式油冷却器并且回到所述冷凝器。

14.如权利要求13所述的致冷器，其特征在于，通过所述热虹吸式油冷却器的致冷剂与油的流动是并流的，即，在进行热交换接触时，是最冷的致冷剂与最热的油立刻进行热交换接触。

15.如权利要求14所述的致冷器，其特征在于，所述油冷却器为一铜的平板式热交换器。

16.一种在致冷器中冷却油的方法，它包括以下步骤：

在将油输送到所述致冷器中需润滑的位置之前，使相对较热的油通过油冷却热交换器；

液态致冷剂从所述冷凝器流向所述油冷却热交换器；

热量从所述通过的步骤中通过所述油冷却热交换器排向所述流向步骤中输送到所述热交换器的液态致冷剂，排出热量的量足够使所述液态致冷剂的一部分蒸发，从而在所述热交换器中产生一两相的致冷剂混合物，输送到所述热交换器中的液态致冷剂的密度比所述两相的致冷剂混合物的密度高；以及

至少一部分气态的致冷剂从所述油冷却热交换器返回到所述冷凝器中，致冷剂回到所述冷凝器的流动是由于输送到所述油冷却热交换器中的液态致冷剂与在所述油冷却热交换器中下游的两相致冷剂混合物之间的密度差引起的。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法包括另一个步骤，即，将所述油冷却热交换器置于所述冷凝器之下，使得在所述油冷却热交换器中下游的致冷剂受到由所述油冷却热交换器上游的液态致冷剂所产生的静压头的作用力，当致冷器工作时，所述静压头帮助致冷剂自我维持、自我持续地流向、通过与流出所述油冷却热交换器。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，连接所述油冷却热交换器以从所述冷凝器接受液态致冷剂的所述步骤包括这样一个步骤，即，直接从所述冷凝器中的液体池向所述油冷却热交换器输送液态致冷剂，而其中连接油冷却热交换器以向所述冷凝器返回所述致冷剂的步骤包括这样一个步骤，即，从所述油冷却热交换器将致冷剂输送到所述冷凝器的蒸发空间。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，该方法包括这样一个步骤，即，无需为了建立或调节致冷剂的流动而使用任何阀或控制器或动力，仅需利用所述密度差与所述静压头，便可在所述流动的步骤中引起并维持致冷剂的流动。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述通过步骤包括这样一个步骤，即，将所述相对较热润滑剂输送到所述油冷却热交换器中一个位置处，在该位置处所述液态致冷剂被接收到所述油交换热交换器中，以使得在所述热交换器中在所述油与所述液态致冷剂之间最初的热交换在这样一个位置处发生，即基本上在该位置处所述油与所述致冷剂之间的温差在所述热交换器中是最大的。

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