TWI452248B - 冷媒壓縮機組 - Google Patents

Description

冷媒壓縮機組

本發明係有關於一種冷媒壓縮機組，特別是指一種包含油冷卻循環系統之冷媒壓縮機組。

按，一般封閉式的大樓設計，為了要解決其內部空氣流通的問題，通常會裝設利用冷媒達到熱交換效果的冷卻循環設備。

然，既有的冷卻循環設備內的壓縮機因系統管路較為複雜，運轉時冷媒進入冷卻系統的冷凍油不易回到壓縮機內，一般來說冷卻系統大多會加裝油分離器，請參考圖1所示，圖中繪示一種冷卻循環裝置，包括：一壓縮機1a、一油分離器1b、一冷凝器1c、一膨脹閥1d及一蒸發器1e。壓縮機1a與油分離器1b、冷凝器1c、膨脹閥1d及蒸發器1e之間以複數條管路1f相連接，其中油分離器1b以一回油管路1g連接於壓縮機1a下方，壓縮機1a下方內部設有馬達(圖未示)。然而，壓縮後的冷媒經油分離器1b分離收集冷凍油至一定油位後，再送回壓縮機1a內，因油分離器1b位於壓縮機1a的排氣高壓端，此時的排氣高壓端處於高溫狀態，如果冷凍油長時間處於一個很高的溫度狀態下，冷凍油送回壓縮機1a時，會使得壓縮機1a下殼的溫度提高。又，此種結構設計因為沒有設置油冷卻單元，所以回油管路1g內經過壓縮後，高溫高壓的冷凍油，會流經位於壓縮機1a下方馬達的裝設處，使得馬達除了壓縮過程中的機械作動導致溫度提高之外，仍會因為高溫的冷凍油導致馬達溫度再次提高，造成壓縮機1a下殼的馬達均處在一個高溫狀態，長期作用下，會導致馬達的能源效率降低，減少馬達的使用壽命，更會對壓縮機1a本體及油品產生相當程度的不良影響。

請參考圖2所示，圖中繪示另一種冷卻循環裝置，包括：一壓縮機2a、一油分離器2b、一油冷卻器2h、一冷凝器2c、一膨脹閥2d及一蒸發器2e。壓縮機2a與油分離器2b、冷凝器2c、膨脹閥2d及蒸發器2e之間以複數條管路2f相連接，油冷卻器2h外接於壓縮機2a，壓縮機2a下方內部設有馬達(圖未示)，其中油分離器2b以一回油管路2g連接於油冷卻器2h，油冷卻器2h將高溫高壓的冷凍油進行熱交換將冷凍油予以降溫之後，再輸送至壓縮機2a下方，此種結構設計雖然可以將回油管路2g內高溫高壓的冷凍油降溫，但所述之一般常見油冷卻器2h，無論是透過空氣，或水冷卻型式，所增加的風扇(圖未示)，或水管、水泵(圖未示)均會導致耗料與保養成本提高。

緣是，本發明人有感上述問題之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之目的在於，提供一種冷媒壓縮機組，藉由設置油冷卻單元於冷媒壓縮機組內，而有效降低回油管路內的冷凍油溫度，以增加冷凍油的壽命與潤滑性。

本發明之另一目的在於，提供一種冷媒壓縮機組，將油冷卻單元設於冷媒壓縮機中部，可減少二次加熱動力單元，進而使動力單元的溫度降低並增加其能源效率。

為了達成上述之目的，本發明提供一種冷媒壓縮機組，包括：一冷媒壓縮機，其具有一第一區段部、一第二區段部及一第三區段部，第二區段部設有一油冷卻單元，第三區段部設有一動力單元；一油分離器，其以一排氣管連接於第一區段部，以一回油管路連接於油冷卻單元；以及一蒸發器，其以一進氣管連接於第三區段部；藉此，油冷卻單元設於第二區段部，且利用進氣管內的進氣冷媒與回油管路內的冷凍油進行熱交換，用以降低經由回油管路流至油冷卻單元內的冷凍油溫度。

綜合上述，本發明關於一種冷媒壓縮機組，藉由設置油冷卻單元於冷媒壓縮機組內，有效降低回油管路內的冷凍油溫度，可能增加冷凍油壽命與潤滑性。利用進氣管內低溫低壓的氣態冷媒輸送至冷媒壓縮機內，除了可有效降低動力單元的溫度外，對於油槽內的油料溫度降低效果更為顯著。另外，將油冷卻單元設於冷媒壓縮機中部，把經由油分離器分離出高溫高壓的油料於冷媒壓縮機中部進行熱交換，藉此可減少二次加熱動力單元，不但可減少其耗功率，進而可能使動力單元的溫度降低並增加其能源效率，而更可有效地提升機組的製冷能力。將油冷卻單元裝設至壓縮機內，可能具有減少製程成本的優勢。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。

[第一實施例]

請一併參考圖3及圖4所示，本發明實施例揭露一種冷媒壓縮機組10，包括：一冷媒壓縮機101、一油分離器102、及一蒸發器104。其中，本實施例所述冷媒壓縮機101是採用渦卷式冷媒壓縮機，此外，本發明還可具體實施於螺旋式冷媒壓縮機，關於螺旋式冷媒壓縮機於下列實施例再一併說明。

冷媒壓縮機101具有一第一區段部1011、一第二區段部1012及一第三區段部1013，第一區段部1011與第二區段部1012之間設有一壓縮單元10111，第二區段部1012設有一油冷卻單元10121，第三區段部1013設有一動力單元10131。

油分離器102以一排氣管105連接於第一區段部1011，以一回油管路106連接於第二區段部1012的油冷卻單元10121。

於本實施例中，第一區段部1011設有一壓縮機排氣口10112，油分離器102以排氣管105連接於第一區段部1011的壓縮機排氣口10112。

動力單元10131設於冷媒壓縮機101的第三區段部1013內，油冷卻單元10121設於第二區段部1012內。然而以本實施例圖4為例，善於利用壓縮機內部既定空間，部分動力單元10131的結構延伸至第二區段部1012內，油冷卻單元10121繞設於部分動力單元10131上為較佳的實施狀態。另一種情形也可以是動力單元10131整體設於第三區段部1013內，於此並不限制動力單元10131的設置款式。

蒸發器104以一進氣管108連接於第三區段部1013，本實施例更包含一冷凝器103及一膨脹閥111，油分離器102、冷凝器103與蒸發器104之間以複數條管路109相連接，該些管路109定義為一冷媒氣管1091、一第一冷媒液管1092及一第二冷媒液管1093。其中，冷凝器103以冷媒氣管1091連接於油分離器102，膨脹閥111的一端以第一冷媒液管1092連接於冷凝器103，膨脹閥111的另一端以第二冷媒液管1093連接於蒸發器104。

冷媒壓縮機101的第二區段部1012具有一回油接口10122與一回油出口10123，第三區段部1013具有一壓縮機回油口10132，回油接口10122以回油管路106連接於油冷卻單元10121，回油出口10123以一冷卻回油管路110連接於第三區段部1013的壓縮機回油口10132。

冷媒壓縮機101的第三區段部1013底端設有一油槽10133，壓縮機回油口10132以冷卻回油管路110連接於油槽10133。

藉由第二區段部1012的油冷卻單元10121設於部分動力單元10131上，且利用進氣管108內的進氣冷媒與回油管路106內的冷凍油進行熱交換，用以降低經由回油管路106流至油冷卻單元10121內的冷凍油溫度。

請參考圖4所示，於本實施例中，油冷卻單元10121具有一管狀的散熱管，散熱管圍繞地環設於部分動力單元10131。本實施例的散熱管為銅管或其他具有散熱性質之材料(如：鰭片、熱管等)，然而於本實施例中銅管為較佳的實施型態，但不設限於此。補充說明一點，本實施例的銅質散熱管纏繞部分動力單元10131的較佳纏繞數為6圈，但圈數可以依實際設計的需求加以調整，於此並不拘限。

於本實施例中，冷凝器103的內部設有一冷凝管(圖未示)，冷凝器103會將經由油分離器102分離出高溫高壓的氣態冷媒相變轉換成低溫高壓的液態冷媒。冷凝器103與蒸發器104之間設有所述膨脹閥111，膨脹閥111用以將低溫高壓的液態冷媒予以膨脹減壓成低溫低壓的液態冷媒。

冷媒壓縮機101的第三區段部1013設有一壓縮機進氣口10134，壓縮機進氣口10134以進氣管108連接於蒸發器104。其中膨脹閥111將低溫低壓液態冷媒輸送至蒸發器104內，蒸發器104會將低溫低壓液態冷媒進行相變轉換成低溫低壓氣態冷媒。

接下來，低溫低壓氣態冷媒會經由連接於蒸發器104與壓縮機進氣口10134的進氣管108，將氣態冷媒輸送至冷媒壓縮機101內，進而與油冷卻單元10121內部的冷凍油進行熱交換，降低冷凍油之溫度。以下對於本發明冷卻循環系統的實際使用狀態再加以說明。

再請一併參考圖3及圖4所示，於本實施例中，第一區段部1011與第二區段部1012之間的壓縮單元10111會將壓縮機內的含有氣態冷媒之油氣施以加壓的動作，加壓後的油氣會呈現高溫高壓狀態，高溫高壓的油氣會自位於第一區段部1011的壓縮機排氣口10112輸出，經由連接於壓縮機排氣口10112與油分離器102之間的排氣管105，流向至油分離器102。

接者，油分離器102會從油氣中分離出氣態冷媒與油料(冷凍油)，此時，氣態冷媒及油料便會分歧成第一輸送路徑R1及第二輸送路徑R2，導引的兩輸送路徑大致上會同步進行冷卻循環系統的輸送步驟。第一輸送路徑R1為氣態冷媒會經由冷媒氣管1091輸送至冷凝器103內，第二輸送路徑R2則是高溫高壓的油料會經由回油管路106，回送至冷媒壓縮機101的第二區段部1012內。

接下來，於第一輸送路徑R1中，當氣態冷媒經由冷媒氣管1091輸送至冷凝器103內時，冷凝器103內設的冷凝管會降低氣態冷媒的溫度，進而產生相變凝結成液態狀，此時的液態冷媒仍呈現低溫高壓的狀態。

低溫高壓的液態冷媒會由冷凝器103輸出，經由第一冷媒液管1092輸送至膨脹閥111，此時膨脹閥111會對於低溫高壓的液態冷媒進行減壓膨脹的動作以呈低溫低壓的液態冷媒。

緊接者，低溫低壓的液態冷媒由膨脹閥111流出，經由第二冷媒液管1093，輸送至蒸發器104內。此時蒸發器104會將其內部的液態冷媒產生相變轉換成氣態冷媒，低溫低壓的氣態冷媒則會由蒸發器104流出經由進氣管108，輸送至冷媒壓縮機101的第三區段部1013內。

然而，於冷卻循環系統的第二輸送路徑R2中，當油分離器102將氣態冷媒及油料分離之後，此時的油料為高溫高壓的液態狀，高溫高壓的油料會經由回油管路106，回送至冷媒壓縮機101的第二區段部1012的回油接口10122處，以流入內設於冷媒壓縮機101的第二區段部1012內的油冷卻單元10121內。

當高溫高壓的油料流入至油冷卻單元10121時，冷媒壓縮機101內部的氣態冷媒大致上會佈滿壓縮機的內部空間，並與油冷卻單元10121內呈高溫高壓狀態的油料進行熱交換，經過熱交換過程之後，油料的溫度便會因而降低，以呈現中溫高壓的狀態。如此一來，因為熱交換的區段於本發明改設至第二區段部1012，所以第二區段部1012的熱交換過程的熱量，便不會直接加熱影響冷媒壓縮機101的動力單元10131的溫度，此種結構設計，除了避免所述高溫高壓的油料於第三區段部1013進行熱交換，導致產生動力單元10131二次加熱的情形發生，以及降低動力單元10131使用壽命外，進一步可以大幅增強動力單元10131的能源效率。

於冷媒壓縮機101中，冷卻後的中溫高壓的油料會由第二區段部1012的回油出口10123向外流出，經由外接式的冷卻回油管路110，流至冷媒壓縮機101的第三區段部1013的壓縮機回油口10132處，此時，油料便會流進冷媒壓縮機101下方底部的油槽10133內，壓縮機內的氣態冷媒，可對油槽10133內的油料進行熱交換，以使槽內油料溫度降低效果更為顯著。

緊接者，壓縮單元10111再次將壓縮機內的含有氣態冷媒之油氣施以加壓的動作，加壓後的油氣會呈現高溫高壓狀態，之後輸送至壓縮機外重複進行上述之冷卻循環步驟。

[第二實施例]

上述第一實施例的冷卻回油管路110是設於冷媒壓縮機101的第二區段部1012與第三區段部1013之外部(如圖3所示)。然而，參考圖5所示，相較於第一實施例，本實施例可以將冷媒壓縮機101的殼體結構的空間佈置依實務需求稍加改變，便可將冷卻回油管路110藏設於冷媒壓縮機101的第二區段部1012與第三區段部1013內，此乃壓縮機外殼結構的簡易變化，熟悉相關領域之技藝者應該能夠輕易推知，所以凡屬於壓縮機外殼結構的簡易變化皆應屬於本實施例之應用範圍。

[第三實施例]

請參考圖6所示，相較於上述實施例為直立設置的渦卷式冷媒壓縮機，本實施例改良在於採用橫躺設置的螺旋式冷媒壓縮機，油冷卻單元10121內設於冷媒壓縮機101的第二區段部1012，把經由油分離器102分離出高溫高壓的油料於第二區段部1012進行熱交換，藉此同樣可達到減少二次加熱動力單元10131之功效。

[實際操作溫度測試之實施例]

為了要說明油冷卻單元10121裝設位置的不同，對冷媒壓縮機101的動力單元10131溫度的影響，以下提供實驗數據及方式以供參考。

請參考圖7所示，圖7所繪示的為冷媒壓縮機組10’的整體結構，分別在圖中不同測試位置加裝感測器(圖未示)，以量測冷媒壓縮機101於實際操作時的溫度變化。於圖中，冷媒壓縮機101的第二區段部1012處設置直接回油開關10124及間接回油開關10125，間接回油開關10125連接於所述油冷卻單元10121，直接回油開關10124則連接於冷媒壓縮機101的第三區段部1013的一回油接口10135。當間接回油開關10125開啟時，關閉直接回油開關10124，而油料會經由油冷卻單元10121進行冷卻。當間接回油開關10125關閉時，開啟直接回油開關10124，則油料會直接經由回油管路106流至回油接口10135。接下來，本發明提供實際能力測試的實驗數據表整理如下：

由上述的實驗數據表中，可以清楚地觀察出當油冷卻單元10121設於冷媒壓縮機101的第二區段部1012時，相較於無內裝油冷卻單元10121，本發明的動力單元10131溫度明顯下降，由此可知，本發明的內冷卻循環系統的冷卻壓縮機組10對於動力單元10131的散熱效果卓著。

再參考上述的實驗數據表可以了解，油料回油冷卻後再導入冷媒壓縮機101下方的油槽10133中，確實有降低動力單元10131的溫度，提高冷媒壓縮機101的可靠度的效果，倘若於較高壓的使用環境(如：熱泵型冷媒壓縮機)下，降低溫度效果會更加明顯。

綜合上述，本發明關於一種冷媒壓縮機組，藉由設置油冷卻單元於冷媒壓縮機組內，有效降低回油管路內的冷凍油溫度，可能增加冷凍油壽命與潤滑性。利用進氣管內低溫低壓的氣態冷媒輸送至冷媒壓縮機內，除了可有效降低動力單元的溫度外，對於油槽內的油料溫度降低效果更為顯著。另外，將油冷卻單元內設於冷媒壓縮機中部，把經由油分離器分離出高溫高壓的油料於冷媒壓縮機中部進行熱交換，藉此可減少二次加熱動力單元，不但可減少其耗功率，進而可能使動力單元的溫度降低並增加其能源效率，對於機組製冷能力，更可有效地提升。將油冷卻單元裝設至壓縮機內，可能具有減少製程成本的優勢。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍。

[本發明]

10、10’．．．冷媒壓縮機組

101．．．冷媒壓縮機

1011．．．第一區段部

10111．．．壓縮單元

10112．．．壓縮機排氣口

1012．．．第二區段部

10121．．．油冷卻單元

10122．．．回油接口

10123．．．回油出口

10124．．．直接回油開關

10125．．．間接回油開關

1013．．．第三區段部

10131．．．動力單元

10132．．．壓縮機回油口

10133．．．油槽

10134‧‧‧壓縮機進氣口

10135‧‧‧回油接口

102‧‧‧油分離器

103‧‧‧冷凝器

104‧‧‧蒸發器

105‧‧‧排氣管

106‧‧‧回油管路

108‧‧‧進氣管

109‧‧‧管路

1091‧‧‧冷媒氣管

1092‧‧‧第一冷媒液管

1093‧‧‧第二冷媒液管

110‧‧‧冷卻回油管路

111‧‧‧膨脹閥

A、B、C‧‧‧測試區

R1‧‧‧第一輸送路徑

R2‧‧‧第二輸送路徑

[習知技術]

1a、2a‧‧‧壓縮機

1b、2b‧‧‧油分離器

1c、2c‧‧‧冷凝器

1d、2d‧‧‧膨脹閥

1e、2e‧‧‧蒸發器

1f、2f‧‧‧管路

1g、2g‧‧‧回油管路

2h‧‧‧油冷卻器

圖1為習知冷媒壓縮機組之示意圖。

圖2為另一習知冷媒壓縮機組之示意圖。

圖3為本發明冷媒壓縮機組第一實施例具有油冷卻單元的冷媒壓縮機之示意圖。

圖4為本發明冷媒壓縮機組第一實施例之立體圖。

圖5為本發明冷媒壓縮機組第二實施例之示意圖。

圖6為本發明冷媒壓縮機組第三實施例之示意圖。

圖7為本發明冷媒壓縮機組實際操作溫度測試之實施例之示意圖。

10．．．冷媒壓縮機組

101．．．冷媒壓縮機

1011．．．第一區段部

10111．．．壓縮單元

10112．．．壓縮機排氣口

1012．．．第二區段部

10121．．．油冷卻單元

10122．．．回油接口

10123．．．回油出口

1013．．．第三區段部

10131．．．動力單元

10132．．．壓縮機回油口

10133．．．油槽

10134．．．壓縮機進氣口

102．．．油分離器

103．．．冷凝器

104．．．蒸發器

105．．．排氣管

106．．．回油管路

108．．．進氣管

109．．．管路

1091．．．冷媒氣管

1092．．．第一冷媒液管

1093．．．第二冷媒液管

110．．．冷卻回油管路

111．．．膨脹閥

R1．．．第一輸送路徑

R2．．．第二輸送路徑

Claims (8)

1. 一種冷媒壓縮機組，包括：一冷媒壓縮機，其具有一第一區段部、一第二區段部及一第三區段部，該第二區段部設有一油冷卻單元，該第三區段部設有一動力單元；一油分離器，其以一排氣管連接於該第一區段部，以一回油管路連接於該油冷卻單元；以及一蒸發器，其以一進氣管連接於該第三區段部；藉此，該油冷卻單元設於該第二區段部，且利用該進氣管內的進氣冷媒與該回油管路內的冷凍油進行熱交換，用以降低經由該回油管路流至該油冷卻單元內的冷凍油溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒壓縮機組，其中該第一區段部設有一壓縮機排氣口，該油分離器以該排氣管連接於該壓縮機排氣口。
3. 如申請專利範圍第2項所述之冷媒壓縮機組，其中該動力單元設於該冷媒壓縮機的該第三區段部內，部分該動力單元的結構延伸至該第二區段部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒壓縮機組，其中該第二區段部更包括：一回油接口，其以該回油管路連接於該油冷卻單元；以及一回油出口，其以一冷卻回油管路連接於該第三區段部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒壓縮機組，其中該油冷卻單元具有一管狀的散熱管，該散熱管圍繞地環設於部分該動力單元。
6. 如申請專利範圍第4項所述之冷媒壓縮機組，其中該第三區段部更包括：一油槽，其內設於該第三區段部的底端；一壓縮機回油口，其以該冷卻回油管路連接於該油槽；以及一壓縮機進氣口，其以該冷媒氣管連接於該蒸發器。
7. 如申請專利範圍第1項所述之冷媒壓縮機組，其中進一步包含：一冷凝器，其以一冷媒氣管連接於該油分離器；以及一膨脹閥，其一端以一第一冷媒液管連接於該冷凝器，該膨脹閥的另一端以一第二冷媒液管連接於該蒸發器。
8. 如申請專利範圍第5項所述之冷媒壓縮機組，其中該冷卻回油管路藏設於該第二區段部與該第三區段部內，或是設於該第二區段部與該第三區段部之外部。