CN1878991A

CN1878991A - 分布式的冷凝单元

Info

Publication number: CN1878991A
Application number: CNA2004800331422A
Authority: CN
Inventors: F·贝温; N·克默
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland Corp LLC
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-12-13
Also published as: WO2005036072A1; US20060213219A1; EP1671067A1; ES2594617T3; US7823413B2; EP1671067B1

Abstract

一种制冷系统，包括预定量的制冷剂、至少一个可操作用来接收液态制冷剂的蒸发器单元以及至少两个冷凝单元，该冷凝单元与蒸发器单元流体连通并且可操作用来接收气态制冷剂。每个冷凝单元都包括涡旋式压缩机和高效油分离器，该涡旋式压缩机可操作用来给制冷系统加压从而在蒸发器单元和冷凝单元之间循环制冷剂，该高效油分离器可操作用来在制冷剂进入冷凝器之前从该制冷剂中分离来自涡旋式压缩机的油。此外，设置有LRU，该LRU可操作用来储存制冷剂。

Description

分布式的冷凝单元

技术领域

本发明涉及制冷系统，并且更加特别地涉及一种具有多个并联冷凝单元的制冷系统。

背景技术

制冷系统典型地包括压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器以及风扇，它们一起运转来冷却被制冷空间。压缩机、膨胀阀、冷凝器和蒸发器流体连接到一起，从而产生一个用于循环其中的制冷剂的环路或封闭系统。压缩机从蒸发器接收气态形式的制冷剂并且给该气体加压，以使该气体可以在冷凝器中从气态变成液态。一旦制冷剂在冷凝器中成为液态，该制冷剂就被送出通过膨胀阀然后到达蒸发器，该蒸发器通过膨胀阀和压缩机的操作而被保持为低压。蒸发器的低压使得制冷剂变回为气态，在此过程中制冷剂从经过蒸发器的空气流中吸收热量。这样，流经蒸发器的空气流被冷却并且被制冷空间的温度也得到了降低。

风扇典型地紧邻着蒸发器设置，并且可操作用来产生通过蒸发器并进入被制冷空间的空气流。如前所述，通过蒸发器的空气流在液体制冷剂穿过蒸发器时而被冷却。在这个方面，可以对空气流进行调节以控制离开气流的温度和被制冷空间的总体温度。

在传统的制冷系统中，例如那些在HVAC系统中使用的系统，一组冷凝器单元通常与一组蒸发器结合使用以冷却多个被制冷空间。在这种情况下，每个冷凝器单元包括与一组蒸发器单元流体连接的压缩机，由此，蒸发器单元设置在一般近似于被冷却空间的建筑物中，而冷凝器单元设置在建筑物的外部并且可操作用来排出蒸发器单元所吸收的热量。设置与蒸发器单元流体连通的多个冷凝器单元为制冷系统提供了这样的灵活性，即每个冷凝器单元和伴随的压缩机单元可以独立地启动来为每个蒸发器单元提供所需量的液体制冷剂，从而均匀地控制每个被制冷空间的冷却。

在这种制冷系统中，通常使用油分配系统来控制每个压缩机之间的油流动，以适当地润滑每个压缩机的内部部件。油分配系统通常包括多个油管道，该油管道将每个压缩机单元与中央油储存器流体连接，从而确保压缩机的每一个位置都能维持足够的润滑油。这样，油分离装置设置在每个冷凝器单元的上游以阻止润滑油随着离开的制冷剂从压缩机移动到蒸发器。具体而言，油分离装置阻止任何从单个压缩机溢出的油进入制冷系统和到达蒸发器。可以明了，制冷系统中的任何润滑油通常都会降低制冷剂的有效性，从而降低制冷系统的整体效率。

虽然传统的系统可以充分地为每个冷凝器和相关压缩机提供所需量的油，并且可以充分地从制冷剂中分离出任何润滑油，但是传统的制冷系统还是会受到一个缺点的困扰，那就是它需要每个压缩机与集中油储存器之间的复杂油管道系统。

因此，在工业上这样一种制冷系统是理想的，它能有效地从制冷剂中分离压缩机油而同时可以保持每个压缩机单元中所需的润滑油水平。此外，还有一种制冷系统也是理想的，它能有效地保持每个压缩机中所需的润滑油水平而不需要设置大量的油管道。将压缩机、油分离器和冷凝器结合在一个具有电子控制系统的整体冷凝单元中可以实现在一个紧凑的制冷系统中使用并联的冷凝单元，从而减少建筑物提供空间的成本并且由于设备的减少而获得更多的室内空间，而且还缩短了安装的时间。

发明内容

因此，提供了一种制冷系统，该制冷系统包括预定量的制冷剂、至少一个可操作用来接收液态制冷剂的蒸发器单元以及至少两个冷凝器单元，该冷凝器单元与蒸发器单元流体连通并且可操作用来接收气态制冷剂。每个冷凝单元都包括涡旋式压缩机和高效油分离器，该涡旋式压缩机可操作用来给制冷系统加压从而在蒸发器单元和冷凝器单元之间循环制冷剂，该高效油分离器可操作用来在制冷剂进入冷凝器之前从该制冷剂中分离来自涡旋式压缩机的油。此外，还可以设置液体接收器单元(LRU)。

从下文的具体描述中，本发明更多可适用的范围将会变得明了。应当理解，说明本发明优选实施例时的具体描述和特别例子都仅仅只是用于说明目的而不是用来限制本发明的范围。

附图说明

从详细的描述和附图中，可以更加全面地理解本发明，其中：

图1是根据本发明原理的制冷系统的示意图；

图2是图1制冷系统的透视图；

图3是根据本发明原理的制冷系统第二实施例的示意图；

图4是根据本发明原理的制冷系统第三实施例的示意图；

图5是图4制冷系统的透视图；以及

图6是根据本发明原理的制冷系统第四实施例的示意图；

具体实施方式

下面关于优选实施例的描述实质上仅仅是示例性的，并且决不是用来限制本发明、其应用或使用的。

参照这些附图，设置有制冷系统10，它包括LRU12、一组蒸发器14以及一组冷凝器16。LRU12与冷凝器16和蒸发器14都流体连通，并且可操作用来从冷凝器16接收液态制冷剂(未示出)和将该液体制冷剂分配给蒸发器14。

每个冷凝器单元16都包括涡旋式压缩机18、高效油分离器20、盘管22和冷凝器风扇24。涡旋式压缩机18从蒸发器14接收气态制冷剂，并通过盘管22和风扇24的共同作用将气态制冷剂变回为液态。具体而言，每个压缩机18都通过流体管道26与蒸发器14流体连接，从而使离开蒸发器14的气态制冷剂可以由压缩机18接收。在接收气态制冷剂后，涡旋式压缩机18增加气态制冷剂的压力，从而使制冷剂在高压下循环通过盘管22。在制冷剂循环通过盘管22时，通过风扇24循环盘管24上的空气流而使制冷剂冷却。在高压气态制冷剂循环通过盘管22时，热量从制冷剂排出并且由风扇24产生的空气流从盘管22上带走。可以理解，这种温度减少而同时压力升高使得气态制冷剂改变状态并回到液态。

涡旋式压缩机18实质上等同于美国专利No.6,350,111中公开的涡旋式压缩机，该美国专利授权给了美国俄亥俄州西德尼的Copeland公司，并特意在此处引入作为参考。这样，压缩机18利用设置在每个单独压缩机单元18曲柄轴箱中的油储存器，该油储存器在润滑和维持压缩机18功能部件中加以使用。制冷剂循环通过压缩机18以增加制冷剂的压力并使制冷剂在高压下进入盘管22。在这个方面，万一任何润滑油从曲柄轴箱中溢出或夹带出来，则制冷剂会与该来自压缩机18的润滑油混合。然而，由于每个涡旋式压缩机18内部润滑油储存器的特性，只有相对较小量的润滑油会离开曲柄轴箱和溢出。

万一压缩机18产生润滑油从曲柄轴箱溢出并进入制冷剂的情况，则高效油分离器20也会在制冷剂到达盘管22之前将润滑油从制冷剂中分离。具体而言，如图1最佳所示，油分离器20设置在涡旋式压缩机18和盘管22之间并与它们流体连通，从而使得在高压气态制冷剂被压缩机18加压时，该制冷剂在到达盘管22之前会先经过高效油分离器20。高效油分离器以大约99.8％的效率从气态制冷剂中除去润滑油，从而使仅仅少量的润滑油到达盘管22，如果有的话。

如前所述，由于涡旋式压缩机18中曲柄轴箱的特性，涡旋式压缩机18可以实现从曲柄轴箱失去或溢出的润滑油量较小。这样，就不太可能产生足够的润滑油从曲柄轴箱溢出进入制冷剂的情况。然而，万一有任何的润滑油从曲柄轴箱中溢出并与制冷剂流混合，高效油分离器20(即效率大约为99.8％)也将捕集到这些润滑油，从而阻止润滑油到达盘管22。换句话说，涡旋式压缩机18和高效油分离20之间的共同作用阻止了即使不是全部也是大部分的润滑油到达盘管22。

分离的润滑油在排入压缩机18之前装在油分离器20中。具体而言，一旦润滑油被油分离器20捕集，则该油将通过管道25返回到压缩机18中。管道25与压缩机18以及高效油分离器20都流体连通，并且用来将捕集到的油返回到涡旋式压缩机18中以进一步使用。应当注意，虽然管道25被描述为与压缩机18和油分离器20流体连通，但是作为另一种选择它还可以与管道26流体连通从而将捕集的油导入压缩机18的上游并与气态制冷剂一起循环通过压缩机18。

如图1和2最佳所示，LRU12设置在冷凝器16和蒸发器14之间，并且控制从冷凝器16到蒸发器14的液体制冷剂的流动。LRU12通过管道28与冷凝器16流体连通，并且通过管道30与蒸发器14流体连通。一旦高压气态制冷剂已经充分地行进通过盘管22，则制冷剂将改变状态并返回为液态。一旦制冷剂已经成为液态，则LRU12通过管道28从冷凝器16中抽吸液体制冷剂并根据需要将其通过管道30送入蒸发器14中。

膨胀装置32设置在LRU12和蒸发器16之间，并通过管道30与它们流体连通，从而增加制冷剂到达蒸发器16时的效力。膨胀装置32减少液体制冷剂的压力以易于制冷剂从液态转变为气态。可以理解，这种转换使得制冷剂从蒸发器周围的区域吸收热量，从而冷却该周围区域，这将在下文中进一步描述。

由于液体制冷剂被允许通过膨胀装置32而膨胀，因此制冷剂开始了从液体到气态的转变。风扇35循环经过蒸发器16的空气以使空气流的热量被制冷剂吸收，从而冷却紧邻着蒸发器14的被制冷空间34。热量的吸收与膨胀阀32产生的压力减少结合作用，使得制冷剂改变状态并回到气态。一旦制冷剂成为气态，则该气态制冷剂由于压缩机18对其施加的吸气作用而再次被朝着冷凝单元16抽吸。由于压缩机18通过管道26与蒸发器16流体连接，因此在气态制冷剂在冷凝单元16中被压缩时，压缩机18在管道26中产生吸气作用。这样，蒸发器14中的气态制冷剂被吸入压缩机18中并且再次开始循环。

特别参照图3，其中示出了制冷系统10的第二个实施例。考虑到制冷系统10相对于制冷系统10a在结构和功能上实质上相似，因此在下文和附图中使用相同的附图标记来表示相同的部件，而包含字母扩展名的相似附图标记用来表示那些被修改过的部件。

如图1和2所示，当一个制冷系统结合有三个或更多冷凝单元16时，可以使用LRU12。然而，当一个制冷系统10a结合有两个冷凝单元16a时，可以在每个单元16a中使用内部液体接收器27来储存液体制冷剂，该液体接收器通过管道23彼此连接，该管道用来在两个接收器27中进行气体压力和液体水平的平衡。

接收器27将来自盘管22的液体制冷剂转换成高压蒸汽制冷剂和过冷液体制冷剂。高压蒸汽制冷剂通过管道29送入压缩机18而过冷液体制冷剂通过管道28、30以及膨胀装置32送入蒸发器14。

下面将参照图4和5来详细描述制冷系统10的第三个实施例，该实施例包括过冷却的部件。考虑到制冷系统10相对于制冷系统10b在结构和功能上实质上相似，因此在下文和附图中使用相同的附图标记来表示相同的部件，而包含字母扩展名的相似附图标记用来表示那些被修改过的部件。

制冷系统10b包括LRU12b，一组蒸发器14和一组冷凝单元16。LRU12b与冷凝器16以及蒸发器14都流体连通，并且可操作用来从冷凝单元16接收液态制冷剂(未示出)和对该液体制冷剂进行分配，使其返回通过冷凝器单元16，从而为蒸发器14提供过冷液体制冷剂。换句话说，LRU12可操作用来再循环液体制冷剂通过冷凝单元16a，从而进一步提高制冷剂在蒸发器14中吸热的能力，并且为被制冷空间34提供额外的冷却能力，这将在下面进一步描述。

如前面已经详细描述的，冷凝单元16通过管道26从蒸发器接收气态制冷剂并可操作用来压缩气态制冷剂，而且该冷凝单元通过涡旋式压缩机18、油分离器20和风扇24使制冷剂转换回到液态。一旦制冷剂成为液态，则施加于其上的压力使得液体制冷剂通过管道28流到LRU12b中。这时，LRU12b可操作用来控制液体制冷剂的流动，并且可以有选择地通过管道36将液体制冷剂送回到冷凝单元16中以进一步冷却。这种设置增加了液体制冷剂在蒸发器14中吸收热量的能力，因而增加了蒸发器14冷却被制冷空间34的能力。

一旦冷凝单元16已经对液体制冷剂进行了再次处理，该制冷剂就从热交换器中排出并通过管道38送入蒸发器14中。如前所述，液体制冷剂可以通过膨胀装置32而膨胀，从而开始从液态到气态的转变。这时，风扇35循环流过蒸发器16的空气流，以使空气流的热量被制冷剂吸收，从而冷却紧邻蒸发器14的被制冷空间34。可以理解，这种热吸收与膨胀阀32产生的压力减少的结合作用，使得制冷剂改变状态并回到气态。

一旦制冷剂成为气态，则由于压缩机18施加于其上的吸气作用该气态制冷剂被再次朝着冷凝单元16抽吸。具体而言，压缩机18通过管道26与蒸发器14流体连接，从而在压缩机18增加压缩机中制冷剂的压力时，吸气作用被施加于管道26上，从而使来自蒸发器14的气态制冷剂被吸入压缩机18中。

应当注意，相似地，制冷系统10b使用了与涡旋式压缩机18结合的高效油分离器20，并因而不需要使用大量的油管道来为每个压缩机18提供足够的润滑油。高效油分离器20可操作用来在制冷剂到达盘管22之前从液体制冷剂中分离出润滑油。润滑油分离之后，在排入压缩机18之前装在油分离20中，具体而言，一旦润滑油被油分离器20捕集，该油就通过管道25返回压缩机18。如前所述，管道25与压缩机18以及高效油分离器20都流体连通，并且用来将捕集的油送回到涡旋式压缩机18中以进一步使用。

参照图6，其中示出了制冷系统10的第四个实施例。考虑到制冷系统10相对于制冷系统10c在结构和功能上实质上相似，因此在下文和附图中使用相同的附图标记来表示相同的部件，而包含字母扩展名的相似附图标记用来表示那些被修改过的部件。

冷凝单元16c包括附加盘管22c，该盘管通过管道31与盘管22的出口和入口流体连接。这样，制冷被分成两个流路。制冷剂通过膨胀装置32与热交换器的初级回路流体连通，并且还与压缩机18流体连通。另一流路与热交换器的次级盘管22a流体连通以在离开盘管22后进一步得到冷却，从而增加冷凝单元16c的效力。

本发明的描述实质上仅仅是示例性的，因此不超出本发明本质的改变都应被认为落在本发明的范围之内。这些改变不应被认为超出了本发明的实质和范围。

Claims

1、一种制冷系统，包括：

预定量的制冷剂；

至少一个可操作用来接收液态的所述制冷剂的蒸发器单元；

至少两个冷凝单元，该冷凝单元与所述蒸发器单元流体连通并且可操作用来接收气态的所述制冷剂，所述冷凝单元包括：

涡旋式压缩机，该涡旋式压缩机可操作用来为制冷系统加压从而在所述蒸发器单元和所述冷凝单元之间循环所述制冷剂；

高效油分离器，该油分离器可操作用来从进入所述冷凝器的所述制冷剂中分离来自所述涡旋式压缩机的油；以及

LRU，该LRU可操作用来储存从所述冷凝单元流向所述蒸发器单元的所述制冷剂。

2、根据权利要求1所述的制冷系统，还包括设置于所述LRU和所述蒸发器之间的膨胀装置，所述膨胀装置与两个所述LRU流体连通。

3、根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于所述膨胀装置设置在所述蒸发器中。

4、根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于所述油分离器的效率至少为99.8％，从而在所述制冷剂离开所述冷凝器之前将99.8％或更多的所述油从所述制冷剂中除去。

5、根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于每个所述冷凝器都包括第一入口和第一出口，该第一入口可操作用来接收处于所述气态的所述制冷剂，该第一出口可操作用来将处于所述液态的所述制冷剂输送到所述LRU中。

6、根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于所述第一入口由所述涡旋式压缩机接收并在冷凝器盘管中将所述气态制冷剂改变为液态，所述涡旋式压缩机可操作用来压缩所述气态制冷剂。

7、根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于所述气态制冷剂循环通过所述高效油分离器，然后送入所述冷凝器中以在送入所述LRU之前改变为液态。

8、根据权利要求5所述的制冷系统，还包括第二入口和第二出口。

9、根据权利要求8所述的制冷系统，其特征在于所述第二入口从所述LRU接收处于所述液相的所述制冷剂，然后将处于所述液相的所述制冷剂通过所述第二出口送入所述蒸发器中。

10、一种制冷系统，包括：

预定量的制冷剂；

至少蒸发器，该蒸发器可操作用来将所述制冷剂从液相改变为气相；

与所述蒸发器流体连通的吸气管道，该吸气管道可操作用来传送来自所述蒸发器的处于所述气相的所述制冷剂；

与所述吸气管道流体连通的至少两个冷凝单元，所述冷凝单元包括：

与所述吸气管道流体连通的涡旋式压缩机，该涡旋式压缩机可操作用来压缩所述气态制冷剂以将所述气态制冷剂改变为液相；

高效油分离器，该油分离器可操作用来从所述涡旋式压缩机接收所述制冷剂，从而从所述气态制冷剂中分离压缩机油；

与所述冷凝器流体连通的冷凝器管道；以及

与所述冷凝器管道以及所述蒸发器流体连通的LRU，所述LRU可操作用来储存从所述冷凝器流向所述蒸发器的所述制冷剂。

11、根据权利要求10所述的制冷系统，还包括设置于所述蒸发器和所述LRU之间并与它们流体连通的膨胀装置，所述膨胀装置可操作用来减少所述液体制冷剂的压力。

12、根据权利要求10所述的制冷系统，其特征在于所述膨胀装置设置在所述蒸发器中。

13、根据权利要求10所述的制冷系统，其特征在于所述油分离器的效率至少为99.8％，从而在所述制冷剂进入所述冷凝器之前将99.8％或更多的所述油从所述制冷剂中除去。

14、一种冷凝器，包括：

入口；

与所述入口流体连通的出口；

与所述入口和所述出口流体连通的盘管，所述盘管可操作用来接收来自所述入口的处于气相的制冷剂流，并且在所述制冷剂送到所述出口之前将其转换成液相；以及

高效油分离器，该油分离器可操作用来在气态制冷剂送入所述盘管入口之前从所述气态制冷剂中清除来自所述涡旋式压缩机的油。

15、根据权利要求10所述的冷凝器，其特征在于所述高效油分离器设置在所述涡旋式压缩机和所述入口之间，所述高效油分离器可操作用来在所述气态制冷剂送入所述入口之前从所述气态制冷剂中清除所述油的至少99.8％。