TWI577949B - 潤滑及冷卻系統 - Google Patents

Description

潤滑及冷卻系統

本發明係大致有關於減少在冷凍系統中使用之潤滑系統之潤滑劑中互溶冷媒之量，且特別有關於減少在潤滑油中冷媒之量，或者，減少在一冷媒迴路中使用之一半密封或密封馬達之馬達殼體中之冷媒壓力以改善該馬達之冷卻。

離心壓縮機例行地用於介質至用於空調或程序應用之大容量水冷卻器，且離開該冷卻器至欲冷卻之空間之一冷卻水溫度通常約為大約7℃(45℉)。為產生節能及來自再生能源之好處，熱泵之需求不斷增加。在某些應用中，該等熱泵之“冷源”可為一比較高溫流體，例如，當使用該熱泵升高地熱水之溫度時。由於許多種可能應用，由熱泵之蒸發器離開之冷水溫度可在一非常大之範圍變化，通常由5至60℃(41至140℉)。在這溫度範圍之下側，在該蒸發器之條件係類似於一標準水冷卻器，因此，用於該等應用之一熱泵之設計非常接近一標準水冷卻器之設計。但是當在該蒸發器之該離開冷水溫度上升時，該離開冷水溫度最後到達無法再使用該標準水冷卻器技術之一點。

壓縮機係在HVAC系統中之一關鍵組件，且壓縮機操作條件係藉由該等蒸發及冷凝壓力及溫度界定。某些壓縮機係所謂密封及半密封壓縮機。這些壓縮機單元具有密封在與該壓縮機共用之殼體內之馬達。該馬達在一冷媒之環境中操作，且該冷媒環繞且冷卻該馬達。在一半密封壓縮機與一密封壓縮機間之唯一主要差異係用於一半密封壓縮機包含多數凸緣，且該等凸緣可拆解以維修該壓縮機或馬達。密封壓縮機通常具有較小尺寸，例如家用冰箱或窗型空調之密封壓縮機。它們完全封裝在一密封罩體中且無法拆解。不是半密封也不是密封之壓縮機係藉由馬達冷卻，且該等馬達係在該冷媒迴路外側且藉由例如空氣或水之非冷媒流體冷卻。這些壓縮機被稱為開放式壓縮機。雖然本發明可發現在開放式壓縮機中之用途，但是本發明發現對半密封壓縮機及密封壓縮機之特殊應用性。在此可互換地使用該等用語半密封、密封、半密封壓縮機及密封壓縮機。

在與蒸發及冷凝壓力相關之蒸發及冷凝溫度間之差異通常約為差量(△)50℃((△)90℉)。在用於熱泵之上溫度範圍內，該蒸發溫度可高達60℃(140℉)或甚至更高。考慮在該蒸發器上之一正常捏縮，該蒸發溫度通常比由該蒸發器離開之水溫度低大約(△)2℃((△)3.6℉)，產生當該蒸發溫度為60℃時一大約62℃(144℉)之離開水溫度。

使用離心泵之水冷卻器及熱泵通常使用由碳氫化合物產生之合成冷媒流體。因為環保問題，數種合成冷 媒族已被使用，正被使用，或在發展中，且屬於CFC、HCFC、HFC或HFO族。現今大部份離心冷卻器在操作時係使用HFC-134a。對較高溫度範圍之熱泵應用而言，趨勢係使用例如HFC-134a之較低壓冷媒流體。這些HFC可被下一代氫氟烯烴(HFO)取代至某種程度。

在一典型離心壓縮機之潤滑迴路中，由該油槽之下部收集油。它藉由一油泵循環及加壓以將它送至軸承且至在該壓縮機中需要潤滑之其他點，例如，用於一被齒輪驅動壓縮機之齒輪，及該軸封。在提供潤滑後，藉重力洩放該油且使該油返回該油槽。該系統係藉由一油冷卻器補足，在將潤滑劑注入該壓縮機之前，該油冷卻器通常設置在該泵出口。該油冷卻器具有去除由在該壓縮機中，例如在軸承中及在齒輪中產生之機械摩擦所產生熱之效果，且該熱被該潤滑劑吸收。一油加熱器亦安裝在該油槽中以便在該壓縮機未操作時保持該油足夠熱，以提供一適當黏度之潤滑劑在開始時適當地潤滑該壓縮機。

在冷媒迴路中使用之經潤滑之壓縮機中，一液體潤滑油係存在該油槽及該潤滑油迴路之各種部件中之一氣體冷媒中。在離心或往復式壓縮機中，該油槽中之壓力通常被均衡或被洩氣至或靠近該壓縮機之吸引壓力。這功能係藉由一氣體均衡管線實施，該氣體均衡管線由該油槽之上部收集氣體冷媒。該收集之氣體冷媒返回至該冷媒迴路之低壓側，例如該蒸發器或壓縮機吸入口。這洩氣之原因係與在潤滑油與大部份冷媒間之互溶性，且與這互溶 性對該油黏度之影響有關。一油與冷媒之混合物之黏度不僅取決於溫度，亦取決於該油中之冷媒之稀釋度。這稀釋度取決於該冷媒及油之溫度及該冷媒氣體之壓力。一般傾向係在該油之溶液中之冷媒量隨著溫度減少而增加，同時因該冷媒增加稀釋度會減少黏度。由於這機構，降低該冷媒及油之溫度會減少油黏度；這與黏度隨著溫度增加而減少之純油之正常傾向相反。因此，依據該流體溫度、該冷媒壓力及該油之互溶性，在該油之溶液中之冷媒及得到之黏度具有一複雜關係。除了具有減少油黏度之效應以外，因在該油中冷媒之稀釋會具有其他不利效應。主要之不利效應係當壓力減少或溫度增加時油在該迴路之某些部份中起泡。這會導致油泵之不必要空化，或大幅降低潤滑性，可能導致機械故障。

在該潤滑迴路中之冷媒來自兩來源。冷媒氣體之第一來源係在循環油本身中。在用以潤滑之該壓縮機內之油之路徑使該油與冷媒接觸。某些冷媒可以一氣態或一液態進入該油潤滑迴路。當該油存在該冷凍迴路之許多部件中之氣體冷媒中時，該油會吸收一些冷媒。來自在該壓縮機中較高壓力之位置之氣體冷媒亦移至一較低壓力之油槽。一典型例係由及環繞迷宮式密封之氣體洩漏。類似地，在一往復式壓縮機中，某些壓縮冷媒氣體將通過該等活塞環洩漏且移入該油槽中。此外，該潤滑程序會產生導致油起泡之該油之某些高攪拌。例子包括高速齒輪之潤滑或在一往復式壓縮機中由曲柄箱旋轉產生之油飛濺。應注 意的是該油返回迴路亦會將大量液體冷媒導入該油槽中，且不是進入該油槽之所有液體冷媒都立即閃蒸掉。由於這複雜機構，某些冷媒必須由該壓縮機油槽永久地移除。該油槽之一目的在於提供該油在該潤滑油迴路中重新循環之前沈降及釋放冷媒氣泡之機會。即使在這氣體分離後，某些冷媒仍溶在位於該油槽之油中。在該油槽中之油上方之蒸氣空間經常排氣至該壓縮機吸入口，且該壓縮機吸入口係在只稍低於該蒸發器之壓力之壓力。在該油槽中之稍高壓力迫使分離之氣體冷媒在其吸入點重新導入該壓縮機作為一蒸氣。如果是一離心壓縮機，則必須由該油槽移除之冷媒之總量通常具有該壓縮機之總流量之大約1至3%。

在熱泵應用中，該蒸發壓力會比在水冷卻器中實質地高，這會增加該油所吸收之冷媒量，會增加油黏度且減少其潤滑性。該油溫度亦應設定為一較高值以保持該油稀釋度在一可接受值，進一步減少油黏度。為補償這效應，可使用一具有較高黏度之油級數。但是即使具有這用於黏度之補償，該溫度上升亦會產生其他問題。其中之一係當油溫度過高時該等軸封及軸承失效之風險。為何這問題並未被解決至某種程度並沒有基本理由，但是它需要耗時且昂貴之驗證，因此產生不合標準且更昂貴之解決方法。因此，所需要的是將補償某些在標準冷卻器與較高溫度熱泵情況間之差異之一系統。這亦容許標準空調壓縮機之應用範圍延伸超出冷卻器應用至熱泵應用。

為保持在例如地熱系統之系統中使用之熱泵為低成本，及為技術員及其他維修人員減少複雜性，需要為作為高溫熱泵使用之冷卻器維持設備設計及共通性儘可能靠近用於標準水冷卻系統者。但是，使用，例如在熱泵應用中使用之一實質較高蒸發溫度之系統產生許多問題，特別是有關於潤滑系統及馬達冷卻，以及在使用一開放式壓縮機之設計中軸封之潤滑。所需要的是可減少該油所吸收之冷媒量因此該油之潤滑性不會受到不利影響之一系統。

本發明解決在高溫操作之壓縮機中在油中冷媒吸收或冷媒溶解度之問題。該冷凍系統包括一壓縮機、一冷凝器及一蒸發器。該壓縮機壓縮低壓冷媒氣體成一較高壓冷媒氣體。該高壓冷媒氣體係冷凝成一高壓液體。在該冷凝器與該蒸發器間之一膨脹閥減少該高壓液體之壓力且可產生一氣體與液體之低壓混合物，且該低壓混合物接著被送至該蒸發器。該蒸發器改變該液體之狀態成一氣體同時提供冷卻，且該低壓氣體被重新送回該壓縮機。該系統亦包括收集用以潤滑該壓縮機之油之一油槽經常位在該壓縮機下方或在該壓縮機之一低點以藉由收集來自壓縮機潤滑之油。雖然如上所述之這系統係習知的，但是本發明更包括定位在該油槽與該冷凍系統之一低壓側間之一冷媒減壓裝置。這裝置降低在該油槽中之冷媒氣體之壓力至比在該壓縮機吸入口之氣體壓力實質地低之一壓力。

降低在該油槽中之冷媒之壓力具有減少在該油中之稀釋度之效果，這具有數種有利效果。在該油中之冷媒之減少互溶性減少油黏度由於溫度/壓力之下降。由於在習知技術中該稀釋度之減少係藉由增加該油之溫度達成，因此導致由該油中排出冷媒，但是不必要地提高該油之溫度且減少其潤滑性。藉由降低在該油槽中之冷媒之壓力達成稀釋度之減少亦具有減少增加這油溫度之需要之效果。這較低油溫度亦產生該油之黏度之一較佳控制及較佳潤滑性。較佳潤滑性亦減少對該壓縮機之某些組件，例如軸封及軸承之破壞的風險，同時亦減少該油之分解之可能性且延長油壽命。

本發明亦提供一種用以冷卻在高溫熱泵中使用之一蒸氣壓縮系統中之一半密封壓縮機之一馬達的方法。不論供該等馬達軸承使用之技術為何，均可使用本發明。這些軸承可能需要潤滑或可能是無油的，例如無油滾珠軸承或使用電磁軸承之系統。在一半密封壓縮機中，冷媒係被用來以氣體或液體之形態冷卻該馬達及軸承且經常在接近該在壓縮機吸入口之條件之溫度及壓力。在一習知系統中，該冷媒被送入該馬達之該壓力及相關飽和溫度無法比在該冷媒迴路中之蒸發壓力。這對於在正常空調溫度操作之系統亦是令人滿意的；但是當例如在高溫熱泵中，以較高蒸發溫度操作時，該系統有多種限制。在這些情況下，需要以與需要減少在一被潤滑機器之油槽中之壓力相同之方式減少在該馬達殼體中之壓力。在本發明中， 可為一機械裝置之一冷媒減壓裝置係定位在該馬達與該冷凍系統之低壓側之間。使用該冷媒減壓裝置降低用以冷卻該馬達及軸承之冷媒之壓力。該裝置降低冷卻該馬達之冷媒之壓力，且該壓力係比在該壓縮機入口之氣體壓力實質地低。該裝置可與用以降低在一被潤滑壓縮機之油槽中之壓力者相同。

使用一裝置在冷媒橫越該馬達時降低在該馬達殼體中之冷媒壓力具有即使由於該較高熱泵溫度，在該蒸發器中之蒸發溫度及壓力增加，亦保持用以冷卻該馬達於一低溫之冷媒流體之有利效果。在該馬達中之較低壓力亦可減少由該等旋轉部件之速度產生之氣體摩擦動力，這又產生較低摩擦損失，進一步協助減少馬達發熱且有助於馬達冷卻。除了冷卻該馬達以外，這些軸承可為不需要潤滑但會產生熱之電磁軸承，或經常需要潤滑，但亦可無油且產生機械熱之機械軸承。

本發明即使經歷熱泵應用之較高溫度時亦提供馬達冷卻之能力延伸目前用於冷卻器應用之設備之熱泵應用的用途。本發明亦可用以對在具有一半密封渦輪之一有機郎肯循環應用中使用之發電機提供冷卻。在有機郎肯循環(ORC)應用中，除了反轉以外，該ORC渦輪系統以與在一冷凍系統中之壓縮機實質相同之方式操作。該ORC渦輪系統將機械動力轉換成電力，而在該冷凍或熱泵系統中，使用電力產生機械動力以驅動一壓縮機。

配合舉例顯示本發明之原理之附圖，由以下較 佳實施例之更詳細說明將了解本發明之其他特徵及優點。

10‧‧‧油槽

17,18,19‧‧‧閥

21‧‧‧冷凍系統

23‧‧‧壓縮機

25‧‧‧冷凝器

27‧‧‧蒸發器

31‧‧‧膨脹閥

32‧‧‧油貯留部

34‧‧‧入口

36‧‧‧葉輪

38‧‧‧渦管

40‧‧‧軸封

42‧‧‧主軸頸及止推軸承

44‧‧‧止推軸環

46‧‧‧雙伸縮管軸封

48‧‧‧低速齒輪後軸承

50‧‧‧小齒輪軸承

52‧‧‧止推軸環軸承

54‧‧‧低速齒輪

56‧‧‧導管

57‧‧‧油加熱器

60‧‧‧沈水泵

62‧‧‧油冷卻器

78‧‧‧管線

80‧‧‧膨脹裝置

81‧‧‧馬達入口

88‧‧‧定子

90‧‧‧軸承

91‧‧‧葉輪

102‧‧‧排氣管線

104‧‧‧導管

108‧‧‧孔

128‧‧‧軸

129‧‧‧轉子

350‧‧‧馬達

352‧‧‧空腔

376‧‧‧離心壓縮機

378‧‧‧管線

380‧‧‧第二空腔

382‧‧‧馬達殼體

384‧‧‧液相

386‧‧‧第一馬達殼體出口

387‧‧‧第二馬達殼體出口

388‧‧‧管線

390‧‧‧限制器；孔口

392‧‧‧導管

409‧‧‧冷媒減壓裝置

411‧‧‧連接件

509‧‧‧冷媒減壓裝置；輔助壓縮機

609‧‧‧噴射泵

611,615‧‧‧導管

709‧‧‧輔助冷凝器

713‧‧‧導管

715‧‧‧冷卻迴路

717‧‧‧液體儲存空間；液體儲存容器；流體儲存空間

719‧‧‧泵

721‧‧‧液位感測器

723‧‧‧高壓氣體入口

725‧‧‧出口

730‧‧‧導管

802‧‧‧膨脹閥

804‧‧‧感測器

805‧‧‧液位控制器；感測器

A,B‧‧‧入口

C‧‧‧出口

圖1係一典型習知冷凍系統之示意圖，但特別顯示該油槽。

圖2係一習知壓縮機之橫截面圖，顯示相關油槽系統。

圖3係一習知壓縮機潤滑迴路之簡化示意圖。

圖4係本發明之壓縮機潤滑迴路之簡化示意圖。

圖5係使用一輔助壓縮機之本發明壓縮機潤滑迴路之一實施例之簡化示意圖。

圖6係使用一噴射泵之本發明壓縮機潤滑迴路之一實施例之簡化示意圖。

圖7係使用一輔助冷凝器及液體泵之本發明壓縮機潤滑迴路之一實施例之簡化示意圖。

圖8係用以冷卻具有附接在轉軸之各端上之一離心壓縮機之一壓縮機馬達之一習知冷卻架構之橫截面圖。

圖9係圖8所示之馬達及壓縮機之簡化示意圖。

圖10係使用一馬達冷卻配置之本發明一實施例之圖8所示之馬達的簡化示意圖，且該馬達冷卻配置具有與馬達空腔連通且中繼該冷凍系統中之一低壓點之一冷媒減壓裝置。

圖11係使用一噴射泵之本發明用於該馬達冷卻配置之圖10之一實施例的簡化示意圖。

圖12係使用一輔助冷凝器之本發明用於該馬達 冷卻配置之圖10之一實施例的簡化示意圖。

圖13係使用與該主冷凝器連接以使流體由該輔助冷凝器至該蒸發器之一對容器之圖12之馬達冷卻配置之修改例。

圖14係使用一輔助壓縮機與一熱膨脹閥而非一固定孔口之圖10之馬達冷卻配置之修改例。

圖15係圖10之馬達冷卻配置之另一實施例。

圖1係一典型冷凍系統之示意圖，顯示與一冷凝器25流體地連通之一馬達/壓縮機23，且該冷凝器25係與一蒸發器27流體地連通。冷媒氣體在壓縮機23中被壓縮至一較高壓力。該高壓冷媒氣體，在流至該冷凝器25後透過未顯示之熱交換冷凝成一高壓液體。該高壓冷媒液體接著被送至該蒸發器27。中繼冷凝器25及蒸發器27之一膨脹閥31膨脹該高壓冷媒液體成一霧，該霧係在一較低溫度之一氣體與液體之混合物。在蒸發器27中，當液體冷媒霧由液態變成氣態時，該液體冷媒蒸發，由一熱交換流體吸收熱。該冷卻之熱交換流體可被直接送至一建築物環境或間接送至一中間介質，例如用以儲存冷卻水直到需要之一冷卻器。來自蒸發器27之已進行相變化之冷媒氣體係在一低壓且作為壓縮機23之一冷媒氣體源。在圖1中亦顯示一油槽10，且該油槽10收集來自壓縮機23之操作之油且對壓縮機23之適當作用是重要的。如圖所示，油槽10係在壓縮機下方使得潤滑油藉重力流入油槽10。

圖2係一習知離心壓縮機及相關油槽系統之橫截面圖。圖2顯示壓縮機23及油槽10。某些潤滑油被保持在如果停電而逐漸下降時欲保留某些油供應之一輔助油貯留部32中。壓縮機23包括由一低壓力源接受冷媒氣體之一入口34，通常是一蒸發器(顯示於圖1中)。該冷媒氣體在被傳送至渦管38前被一葉輪36壓縮。提供潤滑以潤滑軸封40、主軸頸及止推軸承42、止推軸環44、雙伸縮管軸封46、低速齒輪後軸承48、小齒輪軸承50、止推軸環軸承52及低速齒輪54。當一少量加壓冷媒氣體由葉輪36不變地洩漏至上述各種被潤滑組件時，潤滑劑及冷媒互相接觸。在潤滑該等壓縮機組件後，該潤滑劑/冷媒混合物藉重力洩流通過導管56進入油槽10。當在重新循環前在油槽10中沈降時，冷媒氣體依據在該油槽中之壓力及溫度條件，超出穩定狀態溶解度地由該混合物釋出。雖然在任一瞬間可在油槽10中收集之冷媒之精確量不易測量，但是估計被該油吸收且應在油槽10中分開之冷媒係該壓縮機之總流量之大約1至3%。為避免因該壓縮機停止後該油冷卻而產生不需要之油黏度，提供一油加熱器57，該油加熱器57加熱或維持該潤滑劑在一預定溫度範圍內使得壓縮機23一啟動它便具有適當黏度。藉由沈水泵60由油槽10泵出流體且將流體送至油冷卻器62，這只在該油在其預定操作溫度以上時啟動。與在該油槽中之油分開之該冷媒氣體係透過一排氣管線102(請參見圖3)送至壓縮機入口34，而仍可包括互溶冷媒氣體之油則被送至油貯留部32，其中它被計量至該壓縮機 以達成潤滑目的，然後重覆該潤滑循環。

在該蒸發壓力及溫度會比在水冷卻器中實質地高之熱泵系統中，該油溫度亦應被設定為一較高值以便保持該油稀釋度在一可接受值。由於這較高溫度，如果使用與在水冷卻器系統中相同等級油，則該油黏度將會減少。可使用一具有較高黏度之油等級補償在熱泵系統中經歷之較高溫度。但即使有這對於黏度之補償，在該等熱泵系統中之油之溫度上升產生其他問題。其中之一是如果該油溫度應會變成太高，則有軸封及軸承失效之風險。本發明提供補償由於亦影響油溫度之操作之溫差造成在標準冷卻器之操作與較高溫度熱泵間之差之某些差。本發明可以微小、便宜之修改擴大在冷卻器應用中使用之目前標準壓縮機系統之應用範圍至熱泵應用。

圖3係顯示一簡化潤滑循環方式(用以說明)之習知圖2之橫截面圖之一簡化形態，且潤滑劑及互溶冷媒係由壓縮機23透過導管56洩流至油槽10，接著在油槽壓力之冷媒氣體沿排氣管線102返回該壓縮機入口，同時具有互溶冷媒之潤滑劑沿導管104返回壓縮機23。

雖然圖3至7係顯示習知技術及由本發明所提供之改良之簡化示意圖(用以說明)，且操作圖2所示之潤滑迴路所需之特徵亦存在圖4至7中所示之迴路中，但是加入在此所述之創新冷媒減壓裝置409。

圖4再使用一簡化示意圖提供本發明之一簡化形態。在圖4中，一冷媒減壓裝置409係定位在油槽10與壓 縮機入口34之間以便在減少在該油槽中之冷媒氣體之壓力時由該油槽抽吸冷媒氣體。雖然冷媒減壓裝置409係顯示為透過連接件411與連接壓縮機入口34之入口連接，但是它不限於此，且，如所屬技術領域中具有通常知識者可知，冷媒減壓裝置409可與該冷凍迴路之任何低壓點連接。這低壓點經常是該蒸發器27，但亦可為在該蒸發器27或一蒸發器入口與壓縮機入口34間至該系統之任何連接件，且包括壓縮機入口34。冷媒減壓裝置409可降低在該油槽中之冷媒氣體之壓力(及溫度)。如前所述，降低在油槽10中之冷媒之壓力具有減少在該油中之冷媒稀釋度，因此抑制油黏度減少同時提供軸封及軸承適當潤滑之有利效果。降低在該油槽中之冷媒之壓力產生一組合數種組合優點之“有效循環”，其中一優點係冷凍系統21在例如在熱泵情況中遭遇之較高蒸發溫度及壓力操作之能力。當在該等熱泵情況中操作時，減壓之目標係設定該油槽氣體壓力在與相同壓縮機作為一水冷卻器操作時之有效範圍一致之一值。因此，如果一給定種類之壓縮機對於，例如，一給定冷媒一20℃(68℉)之蒸發溫度是有效的，則該目標將是設定該油槽壓力對應於在熱泵操作中之一20℃飽和溫度，以便設定所有潤滑參數在與用於冷卻器相同之標準值。當然，這不足以保證該機器是可靠的。雖然這作法不能解決轉換用於冷卻器應用之一標準壓縮機成在高溫熱泵應用中使用之所有問題，但是因為例如設計壓力、軸動力、軸承負載等其他參數必須有效，故應解決與潤滑相關 之問題。雖然如圖2所示之系統之所有細節未顯示在圖4之簡化形態中，但是應了解的是圖2所示之系統之所有細節亦可在圖4之簡化形態，但是在油槽與該冷凍系統21之一低壓點之間包括該新穎冷媒減壓裝置409。

在該油槽中之減壓可以不同方式達成。圖5顯示再使用用以顯示本發明之一簡化示意圖之本發明一實施例之一簡化形態。雖然如圖2所示之系統之所有細節未顯示在圖5之簡化形態中，但是應了解的是圖2所示之系統之所有細節亦可在圖5之簡化形態，但是在油槽與該冷凍系統21之一低壓點之間包括一冷媒減壓裝置509。在圖5中，該冷媒減壓裝置係定位在油槽10與壓縮機入口34間之一小另外“輔助”壓縮機509以便在減少該油槽中之冷媒氣體壓力時由油槽10抽吸冷媒氣體。輔助壓縮機509具有與油槽10之氣體容積連接之吸入側及，例如，與主壓縮機23之壓縮機入口34連接之一排出側。在這實施例中，輔助壓縮機509之容量係控制成使得它保持油槽10中之冷媒壓力在如上所述之一預先選擇值(例如對應於在上述例中之在20℃之冷媒纖流體之飽和壓力)。如上所述且如所屬技術領域中具有通常知識者所知，該輔助壓縮機509之排出口亦可與在冷凍系統21中之任一較低壓點，例如蒸發器27，或如圖1中所示地在蒸發器27與壓縮機入口34間之任一點連接。

雖然輔助壓縮機509之使用在觀念上是簡單的，但是它亦具有某些缺點。除了其額外製造及操作成本 以外，輔助壓縮機509亦是一具有可能可靠性及維修問題之機械組件。此外，其操作成本，特別是能量消耗，會是顯著的。又，在可變操作條件之環境中，與使用該輔助壓縮機509相關之容量控制會有問題。但是，在冷凍系統21中使用輔助壓縮機509係減少油槽10中之冷媒之一可行選項。

在本發明之一實施例之簡化示意圖之圖6所示之另一實施例中，亦稱為一射流泵之一噴射泵609係顯示為與油槽10相關之該冷媒減壓裝置。又，如圖2所示之系統之所有細節未顯示在圖6之簡化形態中，且應了解的是圖2所示之系統之所有細節亦可在圖6之簡化系統中，但是噴射泵609定位在該冷凍系統之油槽10與一低壓點之間。在圖6中，來自與冷凝器25流體地連通之導管615之高壓氣體，在通過一膨脹閥(未圖示)後，如有需要，被用來提供能量以操作噴射泵609。在噴射泵出口，來自冷凝器25之這高壓冷媒流體及由油槽10泵出之低壓氣體之混合物被送至該冷凍系統中之一低壓點，最好是該蒸發器。雖然在圖6中顯示為透過導管611與壓縮機入口34直接流體地連通(以便與圖4與5一致)，但是如前所述，該低壓點可在壓縮機23與蒸發器27間在一低壓之任一中間位置。使用一噴射泵之這實施例之優點係它避免移動部件，例如在使用圖5之輔助壓縮機509時發現者。因為噴射泵609經常具有一非常差之效率，且因此不利於該冷凍系統之能量效率，故這實施例具有一缺點。但是，在冷凍系統21中使用噴射泵 609係用以減少油槽10中之冷媒，同時容許該潤滑系統與在熱泵應用中看到之較高溫度系統一起操作之一可行選項。

在本發明一實施例之一簡化示意圖之圖7所示之本發明之一較佳實施例中，一輔助冷凝器709係顯示為與油槽10相關之該冷媒減壓裝置。又，如圖2所示之系統之所有細節未顯示在圖7之簡化形態中，且應了解的是圖2所示之系統之所有細節亦可在圖7之簡化系統中，但是在該冷凍系統之油槽10與一低壓點之間包括輔助冷凝器709。在圖7中，來自油槽10之冷媒氣體係透過導管713與輔助冷凝器709流體地連通。來自油槽10之氣體進入輔助冷凝器709，其中該輔助冷凝器709係與流經冷卻迴路715之一冷卻流體具有一熱交換關係。在冷卻迴路715中之冷卻流體冷卻該冷媒氣體，將它由一氣體冷凝成一液體，且該液體透過導管730被送至液體儲存空間717。

該輔助冷凝器709係選擇成可提供一等於油槽10中之所需冷媒壓力之冷凝壓力。這需要在輔助冷凝器709中之冷媒氣體被在比該熱泵之冷源低之一溫度之一冷卻流體冷卻。例如，如果在該輔助冷凝器709中之所需冷凝壓力對應於一20℃(68℉)飽和溫度，輔助冷凝器709最好以具有一大約12℃(大約54℉)之進入溫度及一大約18℃(大約64℉)之離開溫度之水冷卻。該冷卻水可由任何可用冷卻水源及由在所需溫度範圍內之地下水提供。在輔助冷凝器709中之該冷凝壓力可藉由改變通過輔助冷凝器709 之冷卻迴路715之該冷卻流體之流動及/或溫度來控制以維持在油槽10中之所需氣體壓力。如圖7所示，用於冷凝之冷媒之液體儲存空間717可為如圖所示之一分開容器，或可為與輔助冷凝器709一體成形之分開儲存空間。

就該系統之原理而言，液體儲存空間717係在比該壓縮機入口及在該主冷凍迴路中之蒸發器低之一壓力。為避免液體冷媒在液體儲存空間717中累積，冷媒必須藉被液位感測器721控制之泵719由液體儲存空間717泵回到冷凍系統21。這泵719具有與流體儲存空間717連接之吸入側及與冷凍系統21流體地連通之排出側。為減少該泵之揚程及吸收之電力，最好將該泵排出口設置於該主冷凍系統21之一低壓部份。雖然這低壓區域可如先前對圖3至6所述地係壓縮機入口34，但是圖7顯示該低壓區域為在膨脹閥31與蒸發器27間之該導管，不過可在任何合適點，例如在膨脹閥31與壓縮機入口34之間，將冷媒送至該低壓區域。通常亦需避免將冷媒液體由液體儲存空間717直接送入壓縮機吸入口34(入口)以避免壓縮機23之液體溢流。因此，當供應這液體冷媒至蒸發器27時，沿該導管在膨脹閥31與蒸發器27間之一位置係一所需且較佳之冷媒輸入，例如在蒸發器27之液體入口。更詳而言之，如果蒸發器27係乾膨脹技術(殼與管或板熱交換)，則需要在該蒸發器入口將該液體冷媒排入該主液體管線中。如果蒸發器27係泛溢型，降膜或混合降膜，另一種方式係在一遠離該吸管之位置將該液體直接排入該蒸發器殼體中以避免液體夾帶至 壓縮機入口34。

亦提供在圖7中顯示為液位感測器721之用以控制泵719之操作之裝置。一必要之配置係使流體儲存空間717位在輔助冷凝器709之出口，容許液體冷媒藉重力由輔助冷凝器709流入液體儲存空間717。這容積可包括在與該輔助冷凝器709相同之殼體中，或為一分開容器。在這儲存空間中之液位係藉由包括一控制迴路且只顯示為液位感測器721之一液位感測器721感測。這液位感測器721之控制迴路部份管理泵719之操作以保持在該流體儲存空間717中之液位在預定、預設可接受範圍內。液體泵719可具有速度藉由該液位感測器721之控制迴路控制之一可變速驅動器，或它可，亦在相同控制迴路之控制下，只具有一ON/OFF操作順序。

在另一實施例中，一習知機械泵719可以一純靜態泵送系統取代。在這實施例之一變化例中，該靜態泵送系統可使用藉由來自主冷凝器25之高壓氣體驅動之一噴射泵609。來自流體儲存空間717之泵送液體及來自主冷凝器25之高壓氣體之一混合物返回蒸發器27。在這實施例之另一變化例中，兩流體儲存容器717可位在冷卻迴路715下方，各具有與輔助冷凝器709之排出口連接之一入口(A)以收納冷凝之冷媒液體，及連接以收納來自蒸發器或主冷凝器25之一入口(B)，且各具有與蒸發器27連接之出口(C)。這些連接部之各連接部具有一可開啟或關閉之自動閥。該系統係“批式地”操作，藉由使用所屬技術領域中具有通常 知識者已知之原理之一控制電路致動。在圖13中這系統亦顯示為與一半密封馬達之冷卻相關。

這些實施例之任一實施例可由在一潤滑壓縮機中之油移除冷媒，且不限於與一離心壓縮機一起使用。本發明亦發現可與各需要潤滑之往復式壓縮機、渦卷式壓縮機及在ORC系統中使用之渦輪一起使用。可有利地使用一輔助壓縮機509或噴射泵609，如上所述地，由在這些單元中之油移除冷媒。這些組件會需要顯著電力消耗或不利於系統效率。假設可取得在所需溫度之水，則一輔助冷凝器709具有不需要電力操作之另一優點。但是它亦需要一泵719在或接近蒸發壓力將冷凝之冷媒液體傳送至冷凍系統21。雖然這需要少量電力，但是它明顯小於操作一輔助壓縮機509所需之電力，且例如就噴射泵609之操作而言，不會不利於整體系統效率。

以上參照圖4至7說明之用以由潤滑系統分離冷媒之基本冷媒減壓裝置亦可適用於冷凍迴路中以擴大用以冷卻半密封馬達之冷媒流體之操作範圍。在通常在比冷卻器系統高之溫度操作之熱泵系統中可有利地使用這些冷媒減壓裝置409。這些冷媒減壓裝置409擴大該冷媒之馬達冷卻能力，容許使用冷卻器系統設備於熱泵應用。在這些系統中，使用冷媒冷卻該馬達及該馬達空腔來自該馬達之操作所產生之熱。在沒有該等冷媒減壓裝置之情形下，在該馬達殼體中及在環繞該馬達定子之盤管中之壓力係接近或稍高於在該蒸發器中之壓力。但是，冷媒減壓裝置 被控制以維持該馬達空腔中之壓力在低於該壓縮機入口之壓力以下且最好低於該蒸發器之壓力的一預設值，使得冷媒氣體可被抽吸通過該殼體。對一在熱泵應用中操作之系統而言，例如，在對應於一給定冷媒之所需壓力之20℃之一飽和溫度，必須維持該馬達空腔中之壓力在該壓縮機入口以下之一預設值。這些值通常對應於在該系統作為一水冷卻器系統操作時該壓縮機有效之溫度。

圖8顯示用以冷卻驅動一壓縮機之一半密封馬達350之一習知冷卻架構，且該習知冷卻架構係揭露在讓渡給本發明之受讓人之習知專利申請案WO 2012/082592 A1中。在圖8之馬達之橫截面圖中，在一較佳實施例中，一離心壓縮機376係顯示為具有附接在馬達軸128之各端上之一葉輪91，但是本發明不限於此，因為該馬達冷卻架構可與在一冷凍迴路中被一半密封馬達驅動之任一種壓縮機一起使用且不需要如圖8所示之在軸128兩端之一壓縮機附件。在圖8中，來自該冷凝器之液體冷媒係透過一管線78提供至一膨脹裝置80，且該膨脹裝置80減少該液體冷媒之壓力及溫度，最好將它轉變成如前所述之一霧，即冷媒液體液滴及氣體之一混合物。該冷媒混合物接著進入通入馬達殼體382之馬達入口81，且該馬達殼體382氣密地密封以防止氣體(冷媒)洩漏通過其邊界。

包含一馬達定子88及馬達轉子129之半密封馬達350之操作產生熱。馬達定子88、馬達轉子129及軸128係定位在馬達殼體382內之一空腔352中。轉子129係附接 在軸128上，且在馬達定子88中之一交流電場區域轉子129及軸128。圖8中亦顯示在馬達軸128之各端之軸承90，該等軸承90在操作時支持轉子129。在圖8中，這些軸承90係顯示為機械軸承，但是，如所屬技術領域中具有通常知識者可知，亦可為磁性軸承。如同馬達350，磁性軸承係藉由強磁場操作且亦產生熱。因此，不論軸承90係磁性軸承或機械軸承，在馬達殼體382內均產生熱。使用通過馬達入口81導入馬達殼體382之冷媒由馬達350及軸承90移除。

在這特殊實施例中，在通過馬達入口81進入馬達殼體382後，冷媒通入環繞馬達定子之一盤管，該冷媒由馬達定子88移除熱。該冷媒接著通入將該冷媒傳送至一第二空腔380之一管線378。進入第二空腔380之冷媒可為一霧，即，它是兩相之冷媒。該液相384藉由重力分開至第二空腔380之底部且通過一第一馬達殼體出口386透過管線388被送至蒸發器27。管線388可包括限制器390，例如一固定孔口或控制閥以控制冷媒液體之流動。限制器390防止冷媒氣體透過這路徑與該液相一起通出該馬達。進入第二空腔380之剩餘冷媒通過孔108成為一氣體且再進入空腔352，其中它通過定子88與轉子/軸128/129之間，如圖8中之箭號所示，由這些組件移除熱。某些冷媒亦通過軸承90，移除熱且冷卻它們。該冷媒橫越定子88與馬達/轉子129/128間之間隙，同時它由它們移除熱。接著該冷媒氣體直接地或在通過且環繞軸承90後循環通過一第二馬達殼體出口387透過導管392回到蒸發器27。這是使用液 體、氣體或兩相冷媒之一組合，在一馬達中循環冷媒以冷卻其各種組件之許多可能方式中之一方式。雖然可有多種組態，習知系統共同之處在於該馬達殼體中之壓力接近該冷凍迴路之蒸發壓力。

在習知冷卻配置中，在空腔352中及在該盤管環繞馬達定子88中之壓力係接近在蒸發器27中之壓力。在該馬達中之一熱源係由該等旋轉部件之速度所產生之氣體摩擦動力。這動力隨著氣體密度增加。因此，在該馬達350中之一較高氣體壓力產生促進進一步加熱該馬達之較高摩擦損失。又，在該馬達殼體中之氣體溫度等於或大於該在該馬達殼體內之該冷媒之飽和溫度及壓力。最後，在環繞該定子之螺圈中之冷媒之蒸發溫度至少等於在該馬達殼體中之飽和壓力。結果是當該溫度及該壓力在該蒸發器中增加，在該馬達中之溫度及壓力亦增加。因此，該習知冷卻配置，雖然可使用在用於水冷卻器之半密封壓縮機中，但是不使用在高溫熱泵應用中，因為藉由維持這些溫度及壓力設定無法提供所需冷卻。

當在該馬達空腔中之冷媒之壓力低於在壓縮機入口34之壓力或蒸發器27之壓力時，使用冷媒之一冷卻配置可得到良好結果。降低該空腔352中之冷媒之壓力減少該氣體摩擦損失且改良馬達冷卻。當在熱泵條件下操作時，一減壓之理想目標係設定來自該馬達空腔之冷媒之壓力在與當作為一水冷卻器操作時相同標準機器之有效範圍一致之一值。例如，如果一給定種類之壓縮機及相關半 密封馬達在冷卻器應用中對於一給定冷媒達到一20℃之最大蒸發溫度是有效的，則該目標將是在熱泵操作中設定該馬達空腔至20℃飽和溫度。當然，它不足以保證該馬達冷卻是可接受的。必須檢查及解析許多其他參數，例如設計壓力、軸動力、軸承負載等；但是對馬達冷卻問題提供一解決方法。

在該空腔352中之冷媒之減壓可以不同方式達成。這減壓可使用在上述油槽10中用於減壓之相同設備。

圖9係圖8之一簡化形態，顯示由用於該冷媒流體之馬達入口81通過馬達350之迴路。在管線388中之液體冷媒通過限制器390至導引該冷媒至蒸發器27之導管392。

圖10再使用一簡化示意圖顯示本發明之一實施例。雖然如圖8所示之系統之所有細節未顯示在圖10之簡化形態中，但是所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是關於該馬達350之圖8所示之系統之所有細節亦可包括在圖10所示本發明實施例中。這省略之細節對於了解圖10所示之改良不是必要的。大致而言，圖10顯示與馬達空腔352連通之一冷媒減壓裝置409，且冷媒減壓裝置409係中繼在該冷凍系統系統中之一低壓點與該馬達空腔。在圖10中，在冷凍系統10中之這低壓點可為如圖所示之蒸發器27，但它亦可為壓縮機吸入口(即，入口34)或其他低壓點。在圖14中，冷媒減壓裝置409係定位在馬達350與該蒸發器27或壓縮機入口34間之另一小“輔助”壓縮機509以由空腔352抽吸冷媒。在圖14所示之配置中，依據圖10之一示意 圖不應被採用，因為圖10之配置需要某些液體流經孔口390進入該冷媒減壓裝置409之入口，這在這裝置係例如在圖14中所示之伴隨壓縮機溢流之可能性之一輔助壓縮機時是不可接受的。為了避免這情形，必須提供用以避免傳送過量液體通過在馬達入口81之孔口之裝置。該實施之一例係揭示在圖14與15中，且圖14與15不同處在於如何控制通過膨脹閥802進入馬達空腔之流體。在圖14中，圖10之迴路被修改如下：圖10中所示之在馬達入口81之該固定孔口包括用以減少至該定子盤管之冷媒流之一熱靜態膨脹閥802。圖10中所示之該固定孔口390被用以減少至該定子88之冷媒流之熱靜態膨脹閥802取代。可為一溫度感測器之與膨脹閥802相關之感測器804可設置在管線378上，或在該馬達殼體上之任一合適位置。利用這配置，只有一些氣體離開馬達殼體382且當在馬達350中沒有液體時可移除管線388，如圖14所示。由於一較少量冷媒通過膨脹閥802進入殼體382，故一較少量冷媒氣體通過導管392離開馬達殼體382，確保依需要地在該輔助壓縮機之吸入口沒有液滴。

在這實施例中，冷媒減壓裝置409(圖15中之輔助壓縮機509)之容量被控制使得它保持在馬達空腔352中之壓力在一預先選擇值。這預先選擇值可對應於一給定冷媒之一最大蒸發溫度，且該最大蒸發溫度可為在熱泵條件下作為一標準壓縮機操作之一壓縮機在作為一水冷卻器操作時之相同溫度。例如，該壓力可設定為對應於一20℃ 之溫度。如上所述及如所屬技術領域中具有通常知識者可知，例如輔助壓縮機509之冷媒減壓裝置409之排出口亦可與在冷凍系統21中之任一低壓點連接，例如圖1所示之蒸發器27。在圖15之示意圖中，液體匯集在第二空腔380中，但是液位藉由液位控制器805控制，且該液位控制器805又控制膨脹閥802，並且該膨脹閥802控制進入馬達殼體382之冷媒。

雖然輔助壓縮機之使用在觀念上是簡單的，但是它亦具有某些缺點。除了其額外製造及操作成本以外，該輔助壓縮機亦是一具有可能可靠性及維修問題之機械組件。此外，其操作成本，特別是能量消耗，會是顯著的。又，在可變操作條件之環境中，與使用該輔助壓縮機509相關之容量控制會有問題。但是，在冷凍系統21中使用輔助壓縮機係減少空腔352中之冷媒壓力之一可行選項。

在本發明一實施例之一簡化示意圖之圖11所示之另一實施例中，亦稱為一射流泵之一噴射泵609係顯示為與馬達350相關之冷媒減壓裝置409。又，如圖8所示之系統之所有細節未顯示在圖11之簡化形態中，且應了解的是圖2所示之系統之所有細節亦可在圖11之簡化系統中，但是噴射泵609定位在馬達350及馬達空腔352與該冷凍系統之一低壓點之間。在圖11中，來自與冷凝器25流體地連通之導管615之高壓氣體，在通過一膨脹閥後，如有需要，被用來提供能量以操作噴射泵609。在噴射泵出口，來自冷凝器25之這高壓冷媒流體及由馬達350泵出之低壓冷媒 之混合物被送至該冷凍系統中之一低壓點，最好是蒸發器27。該冷媒可透過導管611與壓縮機入口34直接流體地連通，如圖11所示，或該低壓點可在蒸發器入口與壓縮機入口34間之任一中間位置。這實施例之優點係它避免移動部件，例如使用上述輔助壓縮機509時出現者。因為噴射泵609經常具有一非常差之效率，且因此不利於該冷凍系統之能量效率，故使用例如圖11所示之一噴射泵609之實施例具有一缺點。但是，在冷凍系統21中使用噴射泵609係用以降低在馬達350中之冷媒壓力且使該冷媒返回該冷凍迴路，同時容許該冷媒在它與熱泵應用中看到之較高溫度系統一起操作時冷卻該馬達之一可行選項。

在本發明一實施例之一簡化示意圖之圖12所示之本發明之一較佳實施例中，一小輔助冷凝器709係顯示為與馬達350及馬達空腔352相關之該冷媒減壓裝置。又，如圖8所示之系統之所有細節未顯示在圖12之簡化示意圖中，且應了解的是圖8所示之系統之所有細節亦可在圖12之簡化系統中，但是在馬達350與冷凍系統21之一低壓點之間包括輔助冷凝器709。在圖12中，來自馬達350之冷媒氣體係透過管線388與限制器390及透過導管392與輔助冷凝器709流體地連通。來自馬達350之冷媒進入輔助冷凝器709，其中該輔助冷凝器709係與流經輔助冷凝器709之冷卻迴路715之一冷卻流體具有一熱交換關係。在冷卻迴路715中之冷卻流體冷卻該冷媒氣體，將它由一氣體冷凝成一液體，且該液體被送至液體儲存空間717。

該輔助冷凝器709係選擇成可提供一等於在馬達350之空腔中之所需冷媒壓力之冷凝壓力。這需要輔助冷凝器709中之冷媒氣體被在比該熱泵之冷源低之一溫度之一冷卻流體冷卻。例如，如果所需冷凝壓力對應於一20℃(68℉)飽和溫度，輔助冷凝器709最好以具有一大約12℃(大約54℉)之進入溫度及一大約18℃(大約64℉)之離開溫度之水冷卻。該冷卻水可由任何可用冷卻水源及由在所需溫度範圍內之地下水提供。該冷凝壓力可藉由改變通過輔助冷凝器709之冷卻迴路715之該冷卻流體之流動及/或溫度來控制以維持在該馬達350之空腔中之所需氣體壓力。如圖12所示，流體儲存空間717可為如圖所示之一分開單元，或可為與輔助冷凝器709一體成形之分開儲存空間。不論流體儲存空間717之位置為何，在流體儲存空間中之液體冷媒可藉被液位感測器721致動之泵719由儲存空間便利地泵送。

一旦來自該馬達350之空腔之冷媒已冷凝且送至流體儲存空間717，它可被液體冷媒泵719泵送回到冷凍系統21，且該液體冷媒泵719具有與流體儲存空間717連接之吸入側及與在冷凍系統21中之一低壓區域連通之排出側以減少該泵之揚程及吸收之電力。雖然這低壓區域可如先前對圖10與11所述地係該壓縮機入口，但是不需要將液體送至該壓縮機入口，因為這會讓液體冷媒溢流該壓縮機。因此，冷媒泵最好應循環至該系統之一低壓區域，例如至在膨脹閥31與蒸發器27間之導管，(請參見圖1)或至蒸 發器27，例如在蒸發器27之液體入口，但是冷媒可在任一合適點被送至該低壓區域。如前所述，這減少該泵之揚程及吸收之電力，因為它供應這液體冷媒至蒸發器27。更詳而言之，如果蒸發器27係乾膨脹技術型(殼與管或板熱交換)，則需要在該蒸發器入口將該液體冷媒排入該主液體管線中。如果蒸發器27係泛溢型，降膜或混合降膜，另一種方式係在一遠離該吸管之位置將該液體直接排入該蒸發器殼體中以避免液體夾帶。

亦提供在圖12中用以控制泵719之操作之裝置，且該裝置係顯示為液位感測器721。一所需配置係使流體儲存空間717位在輔助冷凝器709之出口，容許液體冷媒藉重力流至流體儲存空間717。這容積可包括在與該輔助冷凝器709相同之殼體中，或為如圖12所示之一分開容器。在這儲存空間中之液位係藉由包括一控制迴路且只顯示為液位感測器721之一液位感測器721感測。這液位感測器721之控制迴路部份管理液體泵719之操作以保持在該流體儲存空間717中之液位在預設可接受範圍內。液體泵719可具有速度藉由該液位感測器721之控制迴路控制之一可變速驅動器，或它可，亦在相同控制迴路之控制下，只具有一ON/OFF操作順序。泵719使冷媒液體返回冷凍系統21。為了不讓液體溢流壓縮機入口34，冷媒可返回冷凍系統在膨脹閥31與蒸發器27間之任一處，如圖12所示，包括蒸發器27。在圖12中，該離心壓縮機係一兩階段壓縮機，使得低壓氣體冷媒輸入該第一階段壓縮機入口且高壓 氣體由該第二階段壓縮機排入冷凝器25。

在另一實施例中，一習知機械泵可以一純靜態泵送系統取代。在這實施例之一變化例中，該靜態泵送系統可使用藉由來自主冷凝器25之高壓氣體驅動之一噴射泵。來自流體儲存空間717之泵送冷媒液體及來自主冷凝器25之高壓冷媒氣體之一混合物返回蒸發器27成為一霧。或者，這冷媒可返回壓縮機入口34。

在這實施例之另一變化例中，如圖13所示，兩容器可位在輔助冷凝器709下方，各具有與輔助冷凝器709之液體出口連接之一入口以透過導管730收納冷凝之冷媒液體，及連接以收納來自冷凝器之一高壓氣體入口723，如圖13所示，且各具有與蒸發器27連接之出口725。冷凝器25係用於圖13中之高壓氣體之一適合來源，但是亦可使用任一其他高壓氣體源。高壓氣體入口723提供用以清空該流體儲存容器或空間717之動力，迫使該液體由該流體儲存容器717進入該蒸發器。在圖13中顯示為閥17、18與19之該等閥被致動以執行另外地清空及填充各流體儲存容器717之功能。該等閥之操作對於所屬技術領域中具有通常知識者是簡單易懂的，且已使用在某些滑冰場中以便以另外使用之兩承液器取代該液體泵：一承液器係填充由該輔助冷凝器排出之液體，而另一承液器被來自該冷凝器之高壓氣體清空。這些連接部之各連接部具有一可開啟或關閉之自動閥。該系統係“批式地”操作，藉由使用所屬技術領域中具有通常知識者已知之原理之一控制電路致 動。在這配置中不需要液體泵719。

圖15係顯示於圖14中之配置之另一配置。圖14與15均顯示一輔助壓縮機之一冷媒減壓裝置。圖15提供用以藉由控制導入馬達350中之冷媒冷卻馬達之另一種模式之主動控制，以避免冷媒液體吸入輔助壓縮機509。在圖14中，膨脹閥802控制冷媒流入及流出環繞定子88之盤管。液體冷媒透過位在管線或導管378中之膨脹閥802由冷凝器25(或如果使用的話，副冷卻器)導入環繞定子88之盤管，請參見圖8。膨脹閥802係藉由監測在第二空腔380中之該液體流體柱之高度的一液位感測器805控制。流經膨脹閥802之冷媒在使其壓力降低時膨脹。在進入第二空腔380時，來自該等兩相流之液體將藉重力落下至第二空腔380之底部。在第二空腔380中之液體冷媒量係藉由偵測在第二空腔380中之流體高度之感測器805決定。一旦該液體高度到達由感測器805決定之一預選值，可致動膨脹閥802以減少冷媒流體流入第二空腔。在第二空腔380與冷媒減壓裝置409之間不需要液體管線。只有冷媒氣體將在轉子129與定子88之間流動且通過導管392至裝置409。在第二空腔380中藉感測器805偵測之液體冷媒高度之增加表示不應送入更多冷媒液體至該馬達中，且膨脹閥802將減少來自定子88之冷媒之流動。當在第二空腔380中之液體冷媒高度已減少至一藉感測器805偵測之預選值以下時，可傳送一信號至膨脹閥802以開啟且透過管線378重新供給冷媒至第二空腔380。

在圖14與15中，裝置409可為任一前述裝置。因此它可為如圖5中所示之一輔助壓縮機509，如圖6中所示之噴射泵609，如圖7中所示之輔助壓縮機或其任一組合，例如一冷凝器/泵送系統之一壓縮機/冷凝器系統。

該等實施例之任一實施例容許冷媒可用來在由該馬達之空腔移除冷媒時冷卻該馬達，且該等實施例不限於在圖中示範之一離心壓縮機。因此，本發明亦發現可與各需要馬達冷卻之往復式壓縮機及渦卷式壓縮機一起使用，且特別是當該等壓縮機適用於熱泵系統中時。該系統亦為軸承提供冷卻，特別是在使用磁性軸承之系統中。使用一輔助壓縮機509或噴射泵609可有利地用於由該馬達空腔移除冷媒。但是，這些組件會需要顯著電力消耗或不利於系統效率。假設可取得在所需溫度之水進行熱交換，則一輔助冷凝器709具有不需要電力操作之另一優點。但是它亦需要一液體泵719在或接近蒸發壓力將冷凝之冷媒液體傳送至冷凍系統21。雖然這需要少量電力，但是它明顯小於操作一輔助壓縮機509所需之電力，且當例如以一噴射泵609取代該液體泵時不會對整體系統效率不利。

當該系統如此配置時，以上參照圖10至13說明之基本冷媒減壓裝置有效地由該馬達之空腔移除冷媒同時容許該冷媒移除來自由馬達操作及磁性軸承之熱。這些冷媒減壓裝置可有利地使用在通常在比冷卻器系統高之溫度操作之熱泵應用系統中。這些冷媒減壓裝置增加該冷媒之馬達冷卻容量，容許冷卻器系統設備使用於熱泵應用 且使冷媒可循環通過該馬達殼體。

雖然本發明已參照一較佳實施例說明過了，但是所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是在不偏離本發明之範疇之情形下可進行各種改變且可以等效物取代其元件。此外，在不偏離本發明之主要範疇之情形下可進行許多修改以使一特定情況或材料適合本發明之教示。因此，意圖是本發明不限於作為用以實施本發明之最佳模式所揭露之特定實施例，且本發明將包括落在附加申請專利範圍之範疇內之所有實施例。

10‧‧‧油槽

23‧‧‧壓縮機

409‧‧‧冷媒減壓裝置

411‧‧‧連接件

Claims (15)

1. 一種用以由冷凍系統之油移除冷媒之系統，該冷凍系統包括一具有一提高一冷媒氣體之一壓力的壓縮機之冷凍系統；一冷凝器，其係與該壓縮機流體地連通且將該冷媒氣體冷凝成一高壓液體；一膨脹閥，其係與該冷凝器流體地連通，該膨脹閥將該高壓液體轉變成夾雜在氣體中之一液體霧；一蒸發器，其係與該膨脹閥且與該壓縮機連通，該蒸發器將液體冷媒之狀態改變為冷媒氣體，該壓縮機更包括需要潤滑之多數組件；及一潤滑劑，其係與在該壓縮機中之冷媒混合，其中改良之特徵在於：不具有加熱能力之一油槽，其係由該壓縮機接收該潤滑劑、冷媒及其組合；一裝置，其係用以由該油槽提供該潤滑劑至該等需要潤滑之壓縮機組件；及一冷媒減壓裝置，其係在該油槽與該冷凍系統之一低壓區域之間減少與該潤滑劑混合之冷媒之量，該冷媒減壓裝置降低該油槽內之冷媒氣體壓力至該冷凍系統之該低壓區域內之該冷媒氣體壓力之壓力以下，同時更降低該油槽內之冷媒之溫度，因此在該潤滑劑由該油槽返回以潤滑該等壓縮機組件之前，由該油槽移除冷媒氣體至該冷凍系統之該低壓區域。
2. 如請求項1之系統，其中該用以提供該潤滑劑至該等壓 縮機組件之裝置更包括由該油槽至該等壓縮機組件之一油迴路。
3. 如請求項1之系統，更包含一油貯留部，作為提供該潤滑劑至該等壓縮機組件之該油迴路之一附加組件。
4. 如請求項1之系統，其中該冷媒減壓裝置係一輔助壓縮機。
5. 如請求項1之系統，其中該冷媒減壓裝置係一噴射器泵。
6. 如請求項1之系統，其中該冷媒減壓裝置包含與該油槽及該冷凍系統之該低壓區域連通之一迴路，該迴路包含：一輔助冷凝器，用以冷卻冷媒氣體及冷凝該冷媒成一液相；一導管，其係在該油槽與該輔助冷凝器之間以傳送冷媒氣體至該輔助冷凝器；一流體儲存空間，用以在冷凝之冷媒在該輔助冷凝器中冷卻後儲存該冷凝之冷媒；一液體泵，用以將冷媒泵送至該冷凍系統之該低壓區域；及一液位感測器，用以控制在該流體儲存空間中之冷媒液體量。
7. 如請求項1之系統，其中該冷媒減壓裝置更包含與該油槽及該冷凍系統之該低壓區域連通之一迴路，該迴路包括：一輔助冷凝器，用以冷卻來自一氣相之冷媒及冷凝該冷媒成一液相；一導管，其係在該油槽與該輔助冷凝器之間以由該油槽傳送冷媒氣體至該輔助冷凝器；至少一流體儲存空間，其係與該輔助冷凝器流體 地連通以儲存該冷凝之液相冷媒；一導管，其提供在該輔助冷凝器與該至少一流體儲存空間之間之流體連通，該至少一流體儲存空間更與該冷凍系統之該低壓區域流體地連通；及至少一閥，用以調節由該至少一流體儲存空間至該系統之該低壓區域之液相冷媒之流動。
8. 一種使用系統中之冷媒冷卻壓縮機馬達之系統，該系統具有：一壓縮機，用以提高一冷媒氣體之壓力；一主冷凝器，其係與該壓縮機流體地連通用以將該冷媒氣體冷凝成一高壓液體；一膨脹閥，其係與該冷凝器流體地連通，該膨脹閥將該高壓液體轉變成夾雜在氣體中之一液體霧；一蒸發器，其係與該膨脹閥且與該壓縮機連通，該蒸發器將液體冷媒之狀態改變為冷媒氣體，該壓縮機更包括一壓縮機馬達，該壓縮機馬達更包括一軸，一馬達殼體，該馬達殼體具有一馬達空腔，該馬達係收容在該馬達殼體中，該馬達具有交變一電場之一定子，及附接在該軸上之一轉子，該轉子及該軸隨著該交變電場旋轉，其中改良之特徵在於：一馬達入口，其係在該馬達殼體中；一冷媒出口，其係來自該馬達殼體；及一冷媒減壓裝置，其係設置於該馬達殼體與該系統之一低壓區域中間且係經由該冷媒出口與該馬達殼體空腔及該系統之該低壓區域流體地連通，該系統之該 低壓區域係在該膨脹閥之下游與一壓縮機入口之間，在將該冷媒氣體自該殼體排至該系統之該低壓區域時，該冷媒減壓裝置減少來自該殼體之冷媒壓力至一比該系統之該低壓區域低之壓力，使得在該殼體中之該冷媒在該系統之該低壓區域返回該系統。
9. 如請求項8之系統，其中該壓縮機馬達更包括用以在該系統操作時支持該壓縮機軸之一磁性軸承系統。
10. 如請求項8之系統，其中該冷媒減壓裝置係一輔助壓縮機。
11. 如請求項8之系統，其中該冷媒減壓裝置係一噴射器泵。
12. 如請求項8之系統，其中該冷媒減壓裝置包含與該馬達殼體及該系統之該低壓區域連通之一迴路，該迴路包含：一輔助冷凝器，用以冷卻及冷凝來自該馬達殼體之冷媒氣體；一導管，其係在該馬達殼體與該輔助冷凝器之間以傳送冷媒至該輔助冷凝器；一流體儲存空間，其係與該輔助冷凝器流體地連通，該流體儲存空間在冷凝之冷媒在該輔助冷凝器中冷卻後儲存該冷凝之冷媒；一液體泵，用以將冷媒由該流體儲存空間泵送至該系統之該低壓區域；及一液位感測器，其控制在該流體儲存空間中之液體量。
13. 如請求項8之系統，其中該冷媒減壓裝置包含與該馬達殼體及該系統之該低壓區域連通之一迴路，該迴路包含：一輔助冷凝器，用以冷卻及冷凝冷媒氣體；一導管，其係在該馬達殼體與該輔助冷凝器之間以傳送冷 媒氣體至該輔助冷凝器；一流體儲存空間，其係與該輔助冷凝器流體地連通，該流體儲存空間在冷凝之冷媒在該輔助冷凝器中冷卻後儲存該冷凝之冷媒；及一閥，其調節由該流體儲存空間至該系統之該低壓區域之冷媒流動。
14. 如請求項8之系統，其中該冷媒減壓裝置更包含與該馬達殼體及該系統之該低壓區域連通之一迴路，該迴路包括：一輔助冷凝器，用以冷卻及冷凝冷媒氣體；一導管，其係在該馬達殼體與該輔助冷凝器之間以由該馬達殼體傳送冷媒氣體至該輔助冷凝器；至少一流體儲存空間，用以儲存冷凝之液體冷媒；一導管，其係在該輔助冷凝器與該至少一流體儲存空間之間，以由該輔助冷凝器傳送該冷凝之液體冷媒至該至少一流體儲存空間，該至少一流體儲存空間亦與該系統之該低壓區域流體地連通；及至少一閥，用以調節由該至少一流體儲存空間至該系統之該低壓區域之液體冷媒之流動，且其中該主冷凝器係與該至少一流體儲存空間連通且提供迫使液體由該至少一流體儲存空間至該系統之該低壓區域之高壓氣體。
15. 如請求項8之系統，其中該壓縮機包括一半密封馬達。