專利名稱：帶有潤(rùn)滑劑冷卻器的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)的制作方法
帶有潤(rùn)滑劑冷卻器的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，而更具體地涉及控制潤(rùn)滑劑的溫度，該 潤(rùn)滑劑被用來(lái)潤(rùn)滑制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)的壓縮裝置的壓縮機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，并且通常用于調(diào)節(jié)被供給在住 宅、辦公樓、醫(yī)院、學(xué)校、餐館或其它設(shè)施內(nèi)的氣候受控的舒適區(qū)域的空氣。制冷劑蒸氣壓縮 系統(tǒng)通常還被用在運(yùn)輸制冷系統(tǒng)中，該運(yùn)輸制冷系統(tǒng)用于將供給用于運(yùn)輸易腐爛物品的卡 車、拖車、容器或類似物的溫度受控的貨物空間的空氣進(jìn)行制冷。常規(guī)的制冷劑蒸氣壓縮系 統(tǒng)包括四個(gè)基本構(gòu)件壓縮機(jī)、制冷劑散熱換熱器、膨脹裝置和充當(dāng)制冷劑蒸發(fā)器的制冷劑 吸熱換熱器。取決于是否制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)正運(yùn)行在亞臨界循環(huán)或跨臨界循環(huán)中，制冷 劑散熱換熱器分別充當(dāng)制冷劑冷凝器或制冷劑氣體冷卻器。這些基本的制冷劑系統(tǒng)構(gòu)件由 閉合的制冷劑回路中的制冷劑管線互相連接，并被布置成與已知的制冷劑蒸氣壓縮循環(huán)一 致，且運(yùn)行在使用中的特定制冷劑的亞臨界壓強(qiáng)范圍中。壓縮機(jī)起到將低壓、低溫制冷劑蒸氣壓縮至高壓和高溫制冷劑蒸氣的作用。壓縮 機(jī)不管是往復(fù)式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，還是螺桿式壓縮機(jī)，其包括由馬達(dá) 驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)構(gòu)并具有旋轉(zhuǎn)的或繞軌道運(yùn)行的元件，它們相互作用以壓縮通過(guò)壓縮機(jī)的制 冷劑蒸氣。通常做法是將潤(rùn)滑劑包括在壓縮機(jī)中以降低壓縮機(jī)構(gòu)及其部件的磨損，還密封 相互作用的元件之間的縫隙以降低壓縮過(guò)程期間的制冷劑蒸氣泄漏。由于潤(rùn)滑劑因暴露在 壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的高溫而被加熱，所以其黏度降低，這損害了其摩擦降低能力及其密封效 果。因此，通常要提供潤(rùn)滑劑的冷卻。例如，美國(guó)專利No. 5，899，091公開(kāi)了一種制冷系統(tǒng)，其中通過(guò)傳送與膨脹后的經(jīng) 濟(jì)器制冷劑流有換熱關(guān)系的潤(rùn)滑油來(lái)冷卻壓縮機(jī)潤(rùn)滑劑。美國(guó)專利No. 6，058，727公開(kāi)了 一種制冷系統(tǒng)，其中壓縮機(jī)潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)被布置成與離開(kāi)蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣有換熱關(guān)系的 換熱盤(pán)管以冷卻潤(rùn)滑油。

發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個(gè)方面中提供一種制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其包括制冷劑回路和潤(rùn)滑 劑冷卻器回路。所述制冷劑回路包括制冷劑壓縮裝置、用于傳送從所述壓縮裝置接收的處于高壓 下的制冷劑(該制冷劑與冷卻介質(zhì)有換熱關(guān)系)的制冷劑散熱換熱器、以及用于傳送處于 低壓下的制冷劑(該制冷劑與加熱介質(zhì)有換熱關(guān)系，且加熱介質(zhì)在制冷循環(huán)中被布置成與 制冷劑流體連通)的制冷劑吸熱換熱器、以及潤(rùn)滑劑冷卻器回路。潤(rùn)滑劑冷卻器回路與壓 縮裝置可操作地(operatively)相關(guān)聯(lián)，用于冷卻與壓縮裝置相關(guān)聯(lián)的潤(rùn)滑劑，且包括相 對(duì)于加熱介質(zhì)流被布置于制冷劑吸熱換熱器的下游的換熱器盤(pán)管。潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器 限定流動(dòng)通路，該流動(dòng)通路用于傳送與離開(kāi)制冷劑吸熱換熱器的被冷卻的加熱介質(zhì)有換熱關(guān)系的潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管還可包括入口端管(inlet leg)，其用于將待冷 卻的潤(rùn)滑劑經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管傳送至潤(rùn)滑劑流動(dòng)通路，以及出口端管(outlet leg)，其用于從潤(rùn)滑劑流動(dòng)通路經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管傳送已被冷卻的潤(rùn)滑劑。在所述制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，壓縮裝置包含具有外殼的封閉式壓 縮機(jī)，所述外殼容納壓縮機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)構(gòu)的油冷馬達(dá)以及用于收集冷卻馬達(dá)的油的油 池。在本實(shí)施例中，潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管的入口端管與油池處于流體連通用于接收待 冷卻的油，而潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管的出口端管與油池處于流體連通用來(lái)使已被冷卻的 油返回至油池。在所述制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，壓縮裝置包含具有外殼的封閉式壓 縮機(jī)，所述外殼容納壓縮機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)構(gòu)的馬達(dá)，并且潤(rùn)滑劑冷卻器回路還包括油分 離器。所述油分離器在主制冷劑回路中被布置在相對(duì)于封閉式壓縮機(jī)的制冷劑流的上游和 相對(duì)于制冷劑散熱換熱器的制冷劑流的下游。在本實(shí)施例中，潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管的 入口端管與油分離器處于流體連通用于接收待冷卻的油，而潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管的出 口端管與封閉式壓縮機(jī)處于流體連通用于使已被冷卻的油返回至所述封閉式壓縮機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，制冷劑吸熱換熱器為制冷劑蒸發(fā)器換熱器，而加熱介質(zhì)是來(lái)自 氣候受控環(huán)境(諸如被制冷的運(yùn)輸容器的易腐爛貨物儲(chǔ)藏區(qū)域)的空氣。

為進(jìn)一步理解本發(fā)明，將結(jié)合附圖參考以下的本發(fā)明的詳細(xì)描述，在附圖中圖1為圖示出符合本發(fā)明的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖， 該實(shí)施例包括由油冷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)；圖2為圖示出符合本發(fā)明的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖， 該實(shí)施例包括油分離器；以及圖3為潤(rùn)滑劑冷卻器回路的換熱器盤(pán)管的側(cè)面正視圖。
具體實(shí)施方式現(xiàn)在參考圖1，制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10包括由與其可操作地相關(guān)聯(lián)的馬達(dá)30驅(qū)動(dòng) 的壓縮裝置20、制冷劑散熱換熱器40、蒸發(fā)器膨脹裝置55以及制冷劑吸熱換熱器50 (本文 中也被稱為蒸發(fā)器)，它們通過(guò)各種制冷劑管線2、4和6以連續(xù)的制冷劑流布置被連接在閉 環(huán)制冷劑回路中。蒸發(fā)器膨脹裝置55在制冷劑管線4中被布置在相對(duì)于制冷劑散熱換熱 器40的制冷劑流的下游和相對(duì)于蒸發(fā)器50的制冷劑流的上游。如果制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10運(yùn)行在亞臨界循環(huán)中，制冷劑散熱換熱器40則被設(shè) 計(jì)成充當(dāng)制冷劑冷凝換熱器，從壓縮裝置20排放的熱的高壓制冷劑蒸氣經(jīng)過(guò)該制冷劑冷 凝換熱器并與冷卻介質(zhì)有換熱關(guān)系，以使從此處經(jīng)過(guò)的制冷劑從制冷劑蒸氣冷凝至制冷劑 液體。如果制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10運(yùn)行在跨臨界循環(huán)中，制冷劑散熱換熱器40被設(shè)計(jì)成 充當(dāng)制冷劑過(guò)熱蒸氣減溫?fù)Q熱器，從壓縮裝置20排放的熱的高壓制冷劑蒸氣經(jīng)過(guò)該制冷 劑過(guò)熱蒸氣減溫?fù)Q熱器并與冷卻介質(zhì)有換熱關(guān)系以冷卻至更低的溫度，而不是冷凝從此處 經(jīng)過(guò)的制冷劑蒸氣。制冷劑冷凝換熱器40可包含翅管換熱器42，諸如例如，帶翅片和圓管 的換熱盤(pán)管或帶翅片和小槽道管的換熱器。在運(yùn)輸制冷系統(tǒng)應(yīng)用中，如同在空調(diào)和商業(yè)制冷應(yīng)用中一樣，通常的冷卻介質(zhì)為借助于與冷凝器40可操作地相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇 44經(jīng)過(guò)冷凝器40的環(huán)境空氣，其與流過(guò)換熱器42的制冷劑有換熱關(guān)系。蒸發(fā)器50構(gòu)成制冷劑蒸發(fā)換熱器，諸如常規(guī)的翅管換熱器52，諸如例如帶翅片和 圓管的換熱盤(pán)管或帶翅片和小槽道平管的換熱器，已橫越膨脹裝置55的膨脹的制冷劑經(jīng) 過(guò)該換熱器并與加熱流體有換熱關(guān)系，借此制冷劑被蒸發(fā)且通常是過(guò)熱的。膨脹裝置55也 計(jì)量至蒸發(fā)器50的制冷劑流，膨脹裝置55可以是諸如電子膨脹閥或恒溫膨脹閥的膨脹閥， 或是諸如毛細(xì)管的固定孔計(jì)量裝置。被傳送的且與蒸發(fā)器50中的制冷劑有換熱關(guān)系的加 熱介質(zhì)可以是借助于與蒸發(fā)器50可操作地相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇54通過(guò)蒸發(fā)器50的空氣，其被冷 卻并且通常也被除濕然后被供給氣候受控的環(huán)境，諸如易腐爛貨物(諸如例如被制冷的或 冷凍的食物)、與運(yùn)輸制冷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的儲(chǔ)藏區(qū)域、或者與商業(yè)制冷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的展示柜或 冷藏室、或者空調(diào)空間。壓縮裝置20起到壓縮并使制冷劑通過(guò)制冷劑回路循環(huán)的作用，這將在下面作更 詳細(xì)的討論。壓縮裝置20可以是單級(jí)壓縮裝置，諸如例如但不局限于渦旋式壓縮機(jī)、往復(fù) 式壓縮機(jī)或回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，或者是具有至少第一低壓壓縮級(jí)和第二高壓壓縮級(jí)的多級(jí)壓縮 裝置，諸如例如但不局限于渦旋式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)或螺桿式壓縮機(jī)。在描述于圖1中 的實(shí)施例中，制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10的壓縮裝置20包含由油冷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的封閉式或半封 閉式壓縮機(jī)。在描述于圖2中的實(shí)施例中，制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10的壓縮裝置20包含由 制冷劑蒸氣冷卻的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的封閉式或半封閉式壓縮機(jī)。封閉式或半封閉式壓縮機(jī)中，在運(yùn)行中與壓縮機(jī)的壓縮機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng) 馬達(dá)30被布置于壓縮機(jī)20的外殼內(nèi)，通常處于驅(qū)動(dòng)桿的與壓縮機(jī)構(gòu)相對(duì)的端部。壓縮機(jī)驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)30可以是油冷的，在此情況下，馬達(dá)被布置于壓縮機(jī)外殼的內(nèi)部?jī)?nèi)的油池32中。這 種油也起到潤(rùn)滑壓縮機(jī)構(gòu)的相互作用的元件的作用，以及密封縫隙以在壓縮過(guò)程期間降低 相互作用的元件之間的泄漏的作用。然而，壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30可以是制冷劑蒸氣冷卻的， 在此情況下，壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被布置于壓縮機(jī)外殼的內(nèi)部的頂部區(qū)域中。在帶有制冷劑蒸 氣冷卻的馬達(dá)的壓縮機(jī)中，潤(rùn)滑劑通常通過(guò)制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)的制冷劑回路被加到制冷 劑循環(huán)以潤(rùn)滑壓縮機(jī)構(gòu)的相互作用的元件并密封縫隙以在壓縮過(guò)程期間降低相互作用的 元件之間的泄漏。本發(fā)明的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10包括油冷卻器回路60，其包含被布置成與被冷 卻的空氣有換熱關(guān)系的油冷卻器換熱管盤(pán)管62，所述被冷卻的空氣已借助于蒸發(fā)器風(fēng)扇 54穿越蒸發(fā)器50的換熱器52。如更佳地在圖3中所見(jiàn)，油冷卻器換熱盤(pán)管62具有入口端 管64和出口端管66。必須在基于期望的油的返回溫度、油的質(zhì)量流量、油的性質(zhì)和壓縮機(jī) 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)所散發(fā)的熱量的個(gè)案基礎(chǔ)上，來(lái)確定被布置于離開(kāi)蒸發(fā)器50的被冷卻空氣流中 的油冷卻器換熱器盤(pán)管62的長(zhǎng)度?，F(xiàn)在參考圖1，在其中描述的實(shí)施例中，油冷卻器換熱盤(pán)管62的第一端管64與壓 縮機(jī)20的油池32處于流體連通以接收來(lái)自油池的油，而出口端管66與油池32處于流體 連通用于使冷卻的油返回至油池32。借助于被布置在壓縮機(jī)外殼的內(nèi)部?jī)?nèi)并由壓縮機(jī)驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)30驅(qū)動(dòng)的油泵(未示出)，油從油池32通過(guò)入口端管64、然后是油冷卻器換熱盤(pán)管 62、然后經(jīng)由出口端管66返回至油池32進(jìn)行循環(huán)?，F(xiàn)在參考圖2，在其中描述的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10具有驅(qū)動(dòng)壓縮裝置20的制冷劑蒸氣冷卻的馬達(dá)。在該實(shí)施例中，制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)10的油冷卻器回路60還包括油 分離器70，它在制冷劑管線2中被布置在相對(duì)于壓縮機(jī)20的制冷劑流的下游和相對(duì)于制冷 劑散熱換熱器40的制冷劑流的上游的。在運(yùn)行中，從壓縮機(jī)20排放的制冷劑蒸氣與其中 攜帶的潤(rùn)滑油進(jìn)入油分離器70，在油分離器中油從制冷劑蒸氣分離并收集在油分離器的底 部?jī)?chǔ)蓄池72中。在該實(shí)施例中，油冷卻器換熱盤(pán)管62的入口端管64與油分離器70的底 部?jī)?chǔ)蓄池72處于流體連通以接收來(lái)自儲(chǔ)蓄池的油，而出口端管66與壓縮機(jī)20處于流體連 通用于使被冷卻的油返回至壓縮機(jī)的吸入側(cè)。處于壓縮機(jī)的排放壓強(qiáng)的收集到的油，借助 于壓差流過(guò)入口端管64、然后是油冷卻器換熱盤(pán)管60、然后經(jīng)由出口端管66返回至壓縮機(jī) 20的吸入側(cè)。在任一個(gè)所描述的實(shí)施例中，當(dāng)流過(guò)油冷卻器換熱器盤(pán)管60的油經(jīng)過(guò)并與從蒸 發(fā)器50經(jīng)過(guò)以返回至氣候受控環(huán)境的被冷卻的空氣有換熱關(guān)系時(shí)，它通常被冷卻約3攝 氏度到約20攝氏度(約37. 4華氏度到68華氏度)。當(dāng)從蒸發(fā)器50經(jīng)過(guò)的被冷卻的空氣 經(jīng)過(guò)并與熱油有換熱關(guān)系時(shí)，該空氣被略微再加熱，通常小于約1-3攝氏度(1.8-5. 4華氏 度)。盡管本文描述了關(guān)于基本的如圖1和圖2所描述的未經(jīng)濟(jì)化的制冷劑蒸氣壓縮系 統(tǒng)，應(yīng)理解的是，油冷卻器回路60可便利地采用與基本的制冷劑蒸氣壓縮循環(huán)相關(guān)的各種 變形。例如，制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)可配備有經(jīng)濟(jì)器回路、壓縮機(jī)卸載回路、閃蒸罐接收器或 其它改進(jìn)措施。前面的描述只是本發(fā)明內(nèi)容的示例。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可對(duì)如本文 特別描述的本發(fā)明內(nèi)容作各種改型和變形以及等效替換，而不背離如下面的權(quán)利要求所限 定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其包含制冷劑回路，其包括制冷劑壓縮裝置、制冷劑散熱換熱器和制冷劑吸熱換熱器，所述制冷劑散熱換熱器用于傳送從所述壓縮裝置接收的處于高壓下的與冷卻介質(zhì)有換熱關(guān)系的制冷劑，所述制冷劑吸熱換熱器用于傳送處于低壓下的與加熱介質(zhì)有換熱關(guān)系的制冷劑；以及潤(rùn)滑劑冷卻器回路，其與所述壓縮裝置可操作地相關(guān)聯(lián)，用于冷卻與所述壓縮裝置相關(guān)聯(lián)的潤(rùn)滑劑，所述潤(rùn)滑劑冷卻器回路包括換熱器盤(pán)管，所述換熱器盤(pán)管相對(duì)于加熱介質(zhì)流被布置于所述制冷劑吸熱換熱器的下游并限定流動(dòng)通路，所述流動(dòng)通路用于傳送與離開(kāi)所述制冷劑吸熱換熱器的被冷卻的加熱介質(zhì)有換熱關(guān)系的潤(rùn)滑劑。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其中，所述制冷劑吸熱換熱器包含制冷 劑蒸發(fā)器換熱器，并且所述加熱介質(zhì)包含來(lái)自氣候受控環(huán)境的空氣。
3.如權(quán)利要求2所述的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其中，所述氣候受控環(huán)境包含被制冷的 運(yùn)輸容器的易腐爛貨物儲(chǔ)藏區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其中，所述潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管還 包括入口端管和出口端管，所述入口端管用于將待冷卻的潤(rùn)滑劑經(jīng)過(guò)所述潤(rùn)滑劑冷卻器換 熱器盤(pán)管傳送至所述潤(rùn)滑劑流動(dòng)通路，所述出口端管用于從所述潤(rùn)滑劑流動(dòng)通路經(jīng)過(guò)所述 潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管傳送已被冷卻的潤(rùn)滑劑。
5.如權(quán)利要求4所述的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其中，所述壓縮裝置包含具有外殼的封 閉式壓縮機(jī)，所述外殼容納壓縮機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)構(gòu)的油冷馬達(dá)、以及用于收集用來(lái)冷 卻所述馬達(dá)的油的油池；所述制冷劑冷卻器換熱器盤(pán)管的所述入口端管與所述封閉式壓縮 機(jī)的所述油池處于流體連通用來(lái)接收待冷卻的油，而所述制冷劑冷卻器換熱器盤(pán)管的所述 出口端管與所述封閉式壓縮機(jī)的所述油池處于流體連通用來(lái)使已被冷卻的油返回至所述 油池。
6.如權(quán)利要求4所述的制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其中，所述壓縮裝置包含具有外殼的封 閉式壓縮機(jī)，所述外殼容納壓縮機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)構(gòu)的馬達(dá)；并且所述潤(rùn)滑劑冷卻器回路還包括油分離器，所述油分離器在所述主制冷劑回路中被布置 在相對(duì)于所述壓縮機(jī)的制冷劑流的上游和相對(duì)于所述制冷劑散熱換熱器的制冷劑流的下 游，所述潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管的所述入口端管與所述油分離器處于流體連通用于接收 待冷卻的油，而所述潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器盤(pán)管的所述出口端管與所述封閉式壓縮機(jī)處于流 體連通用于使已被冷卻的油返回至所述封閉式壓縮機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)，其包括制冷劑回路和潤(rùn)滑劑冷卻器回路。所述潤(rùn)滑劑冷卻器回路與壓縮裝置可操作地相關(guān)聯(lián)用于冷卻與壓縮裝置相關(guān)聯(lián)的潤(rùn)滑劑，并包括相對(duì)于加熱介質(zhì)流被布置于制冷劑吸熱換熱器的下游的換熱器盤(pán)管。潤(rùn)滑劑冷卻器換熱器限定流動(dòng)通路，該流動(dòng)通路用于傳送與離開(kāi)制冷劑吸熱換熱器的被冷卻的加熱介質(zhì)有換熱關(guān)系的潤(rùn)滑劑。
文檔編號(hào)F25B31/02GK101910756SQ200880125331
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者J·斯卡切拉, K·拉門(mén)多拉 申請(qǐng)人:開(kāi)利公司