CN1985135B - 用于蒸汽压缩系统的压缩机的油分离器 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽压缩系统，它包括压缩机组件(12)，该组件包括用于将油与制冷剂中分离的油分离器(32)。油分离器在蒸汽压缩系统的次临界部分中设置在马达(26)和压缩腔室(28)之间。从接附到马达上的动力传动系统组件排出的油基本上在进入压缩机的压缩腔室之前从制冷剂中除去。

Description

用于蒸汽压缩系统的压缩机的油分离器

技术领域

本发明总体上涉及一种用于蒸汽压缩系统的压缩机，且具体地涉及一种用于蒸汽压缩系统的包括油分离器的压缩机。

背景技术

压缩机使用一个用于驱动泵机构的马达以压缩流体，且因此，其典型地包含用于降低滑动表面之间的摩擦的润滑剂。在封闭或半封闭的压缩机中，一个电机通过一个动力传动系统组件驱动该泵机构。来自蒸汽压缩系统的制冷剂可以流过马达和动力传动系统的各部分且围绕它们流动。润滑剂典型地流过马达和动力传动系统的各部分且围绕它们流动以润滑滑动表面。

尽管主要的润滑剂流动路径大部分是与制冷剂流动路径分离的，但某些润滑剂仍然会与制冷剂混合。与制冷剂混合的润滑剂可能降低蒸汽压缩系统的效率和可靠性。润滑剂随着所携带的制冷剂流动可能阻止热传递并将热交换的效率。进而，携带有制冷剂的润滑剂可能阻塞小孔且抑止系统的部件如膨胀机的性能。此外，携带有制冷剂的润滑剂可能聚集在压缩系统的不想要的或不期望的地方并可能会导致对降低压缩机摩擦和磨损的润滑剂的损失，且因此降低了可靠性。

一种跨临界(transcritical)蒸汽压缩系统包括一种在一个超临界状态离开(exit)压缩机中的制冷剂。制冷剂在低压状态进入压缩机且一般地流过电机，以帮助冷却该电机并降低它的运行温度。来自动力传动系统的油可以与该制冷剂混合并随着制冷剂进入压缩腔室。通常使用一个油分离装置以将油与制冷剂分离。典型地，在系统的高压部分中的压缩腔室之后使用油分离装置。在一种跨临界系统中，这发生在超临界状态。油分离器典型地包括一个用于将油排放回到处在蒸汽压缩系统的低压的、次临界部分上的油槽中的通路。这个通路在该蒸汽压缩系统中造成一种可能降低系统效率的连续不断的泄漏。

设置在压缩腔室后面的油分离器必须包括相对较厚的壁以及高压密封件，以适应更高的压力。而且，在超临界状态的制冷剂特别是二氧化碳往往是非常可溶解的。这就引起了油被饱和在超临界的制冷剂中。饱和在超临界的制冷剂中的油很难有效地除去。由于分离器在蒸汽压缩系统的超临界侧的使用所引起的困难限制了一些系统在临界点以下完整地运行。这可能会限制在该系统中所使用的制冷剂的类型。

因此，开发一种用于将油与制冷剂进行分离的低压侧油分离器是所希望的。

发明内容

本发明提供一种包括用于跨临界蒸汽压缩系统的低压油分离器的压缩机，该油分离器在制冷剂流过驱动马达之后且在进入压缩腔室之前将油与制冷剂分离。

一种跨临界蒸汽压缩系统，它利用在于临界点之上的高压和于临界点之下的低压之间循环的二氧化碳作为制冷剂。压缩机组件包括一个马达、动力传动系统组件、一个油分离器、一个压缩腔室和一个油槽。制冷剂流过驱动马达并围绕其流动，以降低其运行温度。动力传动系统组件包括通过油来润滑的运动部件。在动力传动系统组件中的油在某些场合与制冷剂混合。

油分离器设置在压缩机马达之后但在压缩腔室之前。在这一位置，油在临界点之上压缩之前被移出制冷剂。油分离器在制冷剂进入压缩腔室之前基本上将可能会与制冷剂混合的所有的油移去。用油分离器除去的油被传送到油槽，该油槽也可以处在该跨临界蒸汽压缩系统的低压部分或次临界部分上。

因此，本发明压缩机包括一个用于在制冷剂进入压缩腔室之前从制冷剂中除去油的低压侧油分离器。

附图说明

对于本领域技术人员而言，从下面的当前优选实施例的详细描述中本发明的许多特点以及优点将变得更加清楚。伴随着这些详细描述的附图可简单地如下面所示出的：

图1是本发明跨临界(或穿过临界点)的蒸汽压缩系统的示意图；

图2是按照本发明的包括油分离器的压缩机的剖视图；

图3是本发明压缩机的放大的剖视图；

图4是包括油聚结介质的抽吸高压室的顶视图；以及

图5是包括本发明油隔离通路的压缩的剖视图。

具体实施方式

参考图1，一个跨临界(或穿过临界点的)蒸汽压缩系统10包括一个压缩机12、一个热交换器14、一个膨胀阀16以及一个蒸发器18。一个风扇20设置成用于将空气吹过该蒸发器18。蒸汽压缩系统10最好使用二氧化碳作为制冷剂。然而，本领域技术人员所熟知的其它制冷剂也在本发明的考虑范围之内。

该蒸汽压缩系统10内的制冷剂在临界点之上的温度和压力下离开压缩机12的压缩腔室28。制冷剂流过热交换器14。来自制冷剂的热被排斥到用于加热水或空气的另一种流体介质。该高压、高温的制冷剂随后从热交换器14运动到一个膨胀阀16。该膨胀阀16调节制冷剂在高压和低压之间的流动。

离开膨胀阀16的制冷剂流动到蒸发器18。在蒸发器18中制冷剂接收来自外部空气的热量。风扇20将空气吹过蒸发器18，以提高这一过程的效率。留在蒸发器18中的制冷剂在一个入口34进入压缩机12。制冷剂围绕一个马达26流动且在其上流过。围绕该马达流动的制冷剂吸收一部分由马达26所产生的热量，以降低该马达的运行温度。

在压缩机12内部连接马达26的一个动力传动系统组件25的运动部件需要润滑，因此为这些部件设置诸如油的润滑剂。这类润滑剂优选保持在连接到马达26上动力传动系统组件25内，这样就没有任何油散发到制冷剂流中。然而，在某些情况下，一些油变得与用于冷却马达26的制冷剂混杂在一起。

本发明的压缩机12包括一个油分离器32，该油分离器设置在马达26和压缩腔室28之间。在马达26上流过的制冷剂流入到油分离器32内。然后从该制冷剂中基本上除去油且将油朝向一个油槽30引导，用于再使用以润滑在压缩机12内连接到马达26上的动力传动系统组件25的运动部件。基本上无油的制冷剂离开油分离器32，并进入压缩腔室28。油分离器32可以包括聚结介质、蛇行通路、离心分离器或其它装置。

参见图2，表示出一个本发明压缩机12的剖视图，该压缩机12包括一个用于输入次临界制冷剂的入口34和一个排出超临界制冷剂的出口36。制冷剂流过一个设置在马达26附近的流动路径50。该流动路径50引导制冷剂流围绕马达26流动，以吸收由马达26辐射出的热量。流动路径50将制冷剂流从入口34引导经过马达26到达一个抽吸高压室42。

优选的是，流动路径50关于马达26是环形的。马达26包括一个支承在至少一个轴承46上的转子44。轴承46包括一种润滑剂，以限制或消除滑动表面之间的摩擦。在某些情况下，油48可能出现在轴承46，在流动路径50中产生一个含油部分51。该含油部分51基本上形成在马达26的附近。如果油被允许保留在制冷剂流中，那么在该制冷剂流中的油就会进入压缩机12的压缩腔室28中，并与该制冷剂一起流动到这个系统的高压部分中。

一个阀板38安装在一个曲轴箱39上且一个顶盖37装接到该阀板38上。垫圈40将曲轴箱39、阀板38和顶盖37之间的界面密封住。油分离器32设置在抽吸高压室42内。抽吸高压室42处于与多个形成在阀板38中的通路43流体连通的状态。在阀板38中的通路将制冷剂从流动路径50连通到抽吸高压室42。

一种聚结材料45设置在抽吸高压室42内。该聚结材料45优选是一种在捕获油滴的同时允许制冷剂流动的极为多孔的材料。该聚结材料可以是一种多孔的金属或合成材料。含有油48的制冷剂流过抽吸高压室42到达压缩腔室28。在制冷剂中的油被分离并聚集在聚结材料45中。该聚结材料45将油收集起来并使它们聚集在一起，且将它们排放到一个油槽。一个油出口41设置成将油从抽吸高压室42连通到该油槽。通过将油分离器32设置在压缩腔室28之前，在该跨临界蒸汽压缩系统的次临界部分内，可以更有效地将油从制冷剂流中除去。

参见图3，其表示出一个压缩腔室28和曲轴箱39的放大的剖视图。抽吸高压室42包括聚结介质45。

参见图4，表示出抽吸高压室42，在那里制冷剂在通过通路43进入压缩腔室28之前被收集。制冷剂通过入口47进入抽吸高压室42。抽吸高压室42充填有聚结材料介质45。在制冷剂穿过聚结介质45的同时，油被收集在该聚结材料45的表面上。将油通过出口41排掉使其到达油槽30。

图5是本发明一个压缩机12’的剖视图。压缩机12’包括一个通路54，该通路将围绕马达26流动的制冷剂引导到抽吸高压室42。该通路54伸展到距含油部分51一定距离的制冷剂流动路径50中，且包括一个与该流动路径50的含油部分51间隔开的入口56。由于通路54的入口56与该制冷剂流动路径50的含油部分51间隔开，所以进入入口56的制冷剂并不包含可能已从轴承组件46排出的油。通路54将含油部分51的制冷剂与流动路径54中的制冷剂隔离。制冷剂的含油部分51的隔离基本上防止了油48与流入到压缩腔室28内的制冷剂的混合。

在运行过程中，制冷剂在一个次临界点进入入口34，并围绕马达26流动。制冷剂以一个环形流动路径50围绕马达26流动。在该环形流动路径50中的制冷剂吸收来自马达26的热量，以降低其运行温度。路径54的入口56与轴承46间隔开，以在与含油部分51的油混合之前将制冷剂引入抽吸高压室42。因此，入口56与轴承56间隔开，使得基本上没有油抽入到压缩腔室28中。

在该蒸汽压缩系统10的次临界部分中，油分离器32在马达26之后且在压缩腔室28之前的位置更有效地除去油，而没有在该蒸汽压缩系统的超临界部分中除去油所遇到的那些困难。

前面的描述是示例性的且不仅仅是一个具体说明。本发明已经以示例的方式进行了描述且应当理解所使用的术语意在说明书的措辞的性质而非进行限制。根据上面的教导本发明进行多种变型以及变化是可能的。已经公开了本发明的优选实施例，然而，本领域技术人员将会意识到某些改型是在本发明的范围之内。将会理解在所附权利要求的范围内，本发明可以在具体描述以外的内容进行实施。为此，下列权利要求书应当认为确定了本发明的实际范围和内容。

Claims (13)

1.一种跨临界点的蒸汽压缩系统，它包括：

含有制冷剂的回路；

压缩机，所述压缩机包括马达、动力传动系统组件、压缩腔室和抽吸高压室；

其中所述压缩机还包括制冷剂抽吸流动路径，以供制冷剂围绕马达流动并在马达上流过从而吸收一部分由马达所产生的热量；以及

所述压缩机还包括一个用于输入次临界制冷剂的入口和一个排出超临界制冷剂的出口；所述蒸汽压缩系统的制冷剂从所述入口进入压缩机后，流过所述制冷剂抽吸流动路径，之后到达所述抽吸高压室；油分离器设置在所述抽吸高压室中并位于所述马达和所述压缩腔室之间，所述制冷剂流经设置在所述抽吸高压室中的油分离器后再到达所述压缩腔室。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述油分离器中的所述制冷剂的压力小于离开所述压缩腔室中的制冷剂的压力。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制冷剂包括二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制冷剂当离开所述压缩腔室中时处于临界点之上，而在所述油分离器中处于所述临界点之下。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽压缩系统包括用于从所述油分离器接纳油的油槽。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油分离器包括聚结介质。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油分离器包括多个蛇形通路。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述聚结介质包括钢泡沫。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽压缩系统包括伸展到所述制冷剂抽吸流动路径中的用于引导所述制冷剂进入所述压缩腔室的通路，所述通路包括与所述动力传动系统组件的油排出口区域间隔开的入口。

10.一种用于跨临界点的蒸汽压缩系统的压缩机组件，它包括：

马达；

动力传动系统组件；

制冷剂抽吸流动路径，以供制冷剂围绕马达流动并在马达上流过从而吸收一部分由马达所产生的热量；

压缩腔室；

抽吸高压室，通过通路与所述压缩腔室流体连通；以及

设置在所述抽吸高压室内的油分离器；

它还包括一个用于输入次临界制冷剂的入口和一个排出超临界制冷剂的出口；所述蒸汽压缩系统的制冷剂从所述入口进入压缩机组件后，流经所述制冷剂抽吸流动路径，之后到达所述抽吸高压室；制冷剂流经设置在所述抽吸高压室中的油分离器后再到达所述压缩腔室。

11.根据权利要求10所述的压缩机组件，其特征在于，所述油分离器包括聚结介质。

12.根据权利要求10所述的压缩机组件，其特征在于，所述油分离器包括多个蛇形通路。

13.根据权利要求10所述的压缩机组件，其特征在于，离开所述压缩腔室中的制冷剂处于临界点之上，而进入所述压缩腔室中的制冷剂处于所述临界点之下。

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