專利名稱：螺桿式壓縮機(jī)致冷裝置的潤滑油回收與潤滑系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)涉及致冷壓縮機(jī)的潤滑油回收和保證高粘油的實(shí)用和有效方法。
在先有技術(shù)中，致冷循環(huán)通常包括將壓縮的致冷劑輸送給冷凝器的壓縮機(jī)。致冷劑從冷凝器傳送到膨脹閥，然后到達(dá)蒸發(fā)器。此致冷劑由蒸發(fā)器返回壓縮機(jī)以進(jìn)行壓縮。
上述壓縮機(jī)通常例如潤滑油那樣的潤滑劑用以潤滑軸承和其他運(yùn)轉(zhuǎn)面。這種潤滑油混合有致冷劑，使得離開壓縮機(jī)的致冷劑包括相當(dāng)數(shù)量的潤滑油。這多少是不希望有的現(xiàn)象，因?yàn)樯鲜鲩]式致冷系統(tǒng)中有時(shí)變得難以保持有適量的潤滑劑供應(yīng)來潤滑壓縮機(jī)表面。過去是在壓縮機(jī)的下游立即應(yīng)用潤滑油分離器。這類潤滑油分離器雖可分離潤滑油，但它們不能始終有完全令人滿意的結(jié)果。例如從這種分離器分離出來的潤滑油處在高壓下，從而可能會(huì)有顯著量的致冷劑仍混合于潤滑油中。這樣就降低了潤滑油的粘度。分離器的應(yīng)用也會(huì)導(dǎo)致壓縮的致冷劑產(chǎn)生壓力降，而這同樣是不理想的。
還采用過電加熱器來從潤滑油中汽化液態(tài)致冷劑。但是電加熱器的應(yīng)用需要消耗能量，而這在一定程度上也是非所希望的。
在提出過的某些系統(tǒng)中，潤滑劑和潤滑油的混合物與濃縮器或汽化器接觸，以從潤滑油中蒸發(fā)掉液態(tài)致冷劑。在已提出的系統(tǒng)中，離開冷凝器的液態(tài)致冷劑的一部分通過濃縮器而同組合的液態(tài)致冷劑/潤滑油混合物形成傳熱關(guān)系。此來自冷凝器的致冷劑會(huì)導(dǎo)致液態(tài)致冷劑蒸發(fā)，并從組合的液態(tài)致冷劑/潤滑油混合物“沸騰”掉。
上述系統(tǒng)由于依賴于從適合絕大部分液體的冷凝器排出的致冷劑，故不如應(yīng)有的那樣有效。這樣，在濃縮器中發(fā)生的冷卻便為敏感冷卻(非相變冷卻)。于是較熱的致冷劑/潤滑油混合物的溫度便趨近于由冷凝器排出的“冷的”致冷劑的溫度。其結(jié)果是降低了這種熱交換器的平均溫度，因而不能使致冷劑/潤滑油混合物有效地沸騰。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的公開的實(shí)施形式中。壓縮的氣態(tài)致冷劑最好從冷凝器的上游排出并進(jìn)入油液回收汽化器。本發(fā)明最好體現(xiàn)于螺桿式壓縮機(jī)中。這里的致冷劑的溫度比先有技術(shù)中的高得多，因而可有效地使致冷劑從液態(tài)致冷劑/潤滑油混合物中汽化。此外，由于致冷劑一般為氣態(tài)的，故可利用冷凝潛熱以在熱源與致冷劑/潤滑油混合物之間提供較大的平均溫差。換言之，此壓縮氣體是在汽化器中從氣態(tài)冷凝成液態(tài)，不是恰好冷卻到較低溫度以提取熱量，而是在接近恒溫下冷凝。最好在此汽化器下游的回流管線中安置用于該排出的致冷劑的“節(jié)流孔板”或其他流量控制裝置。此節(jié)流孔板在排出的致冷劑流過汽化器時(shí)產(chǎn)生基本恒定的壓力。因而在熱源排出的致冷劑與潤滑油/致冷劑混合物之間形成了較高的平均溫度差。于是本方法更有效地蒸發(fā)出致冷劑。所排出的壓縮氣體的潛熱容量比先有技術(shù)情形下在液態(tài)下致冷劑的敏感冷卻所能得到的要高1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。與冷凝相關(guān)的傳熱系數(shù)要比與敏感(無相變)冷卻相關(guān)的傳熱系數(shù)高得多。因此，本發(fā)明在從上述混合物中蒸發(fā)掉多余的致冷劑時(shí)要有效得多。對(duì)于這一特點(diǎn)應(yīng)該指出，雖然所排出的致冷劑最好含有盡可能高百分比的氣體，但總還有可能會(huì)夾雜某些液體。因此，當(dāng)本申請(qǐng)中提到排出的壓縮氣體時(shí)，應(yīng)該理解，所排出的致冷劑不需要全為氣體。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，此致冷劑是在緊接壓縮機(jī)的下游處排出。在第二實(shí)施例中，此致冷劑則是排出到螺桿式壓縮機(jī)的最后一個(gè)壓縮室或封閉的葉瓣之中。
至少是在某些可能的實(shí)施例中，致冷劑只要是從其在冷凝器中仍處于壓縮壓力下的一處排出且仍具有很高的氣體百分比，它就能從冷凝器流出。在上述任何一個(gè)實(shí)施例中，所排出的致冷劑在汽化器內(nèi)實(shí)質(zhì)上與致冷劑/潤滑油混合物分離開。
為了提供另外的熱量來蒸發(fā)掉一部分致冷劑，將輸送給壓縮機(jī)軸承的潤滑油在此壓縮機(jī)中加熱，并直接返回到潤滑油槽，以進(jìn)一步蒸發(fā)掉致冷劑。此潤滑油在進(jìn)入軸承之前通過節(jié)流孔板，在該處潤滑油被減壓。此過程導(dǎo)致與潤滑油混合物液態(tài)致冷劑的一部分快速蒸發(fā)成氣態(tài)，進(jìn)一步提高了輸送給軸承的潤滑油的粘度。此潤滑油在其冷卻軸承的過程中被加熱，變熱了的潤滑油則用來進(jìn)一步蒸發(fā)掉致冷劑。從上述油槽中取出潤滑油并返回到壓縮機(jī)中用于潤滑壓縮機(jī)表面。
上面概述的基本系統(tǒng)優(yōu)于先有技術(shù)之處在于分離出來的潤滑油是處在與蒸發(fā)器相關(guān)的低壓力下。低壓力下的潤滑油/致冷劑混合物一般要比應(yīng)用分離器的已有系統(tǒng)中的混合物有較高的粘度。在這種已有系統(tǒng)中，潤滑油是在高壓下，此外，應(yīng)用壓縮機(jī)中加熱了的致冷劑氣體與先有技術(shù)相比，能更有效地蒸發(fā)掉致冷劑。
在本發(fā)明的另一些特點(diǎn)中，在從蒸發(fā)器引出的管線上裝有節(jié)流器或閥，以控制送入蒸餾器或蒸發(fā)器內(nèi)的流態(tài)致冷劑/潤滑油的流量。此外還可以有許多來自蒸發(fā)器的獨(dú)立控制的管線，以控制混合流。
本發(fā)明的上述和其他特點(diǎn)可以從以下的說明及附圖中獲得最好的理解，下面是附圖的簡述。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。
圖2是圖1系統(tǒng)中的第二實(shí)施例的示圖。
圖3示出另一實(shí)施例。
圖4是沿圖3中4-4線的剖視圖。
圖5示明又一實(shí)施例。
圖6示出再一實(shí)施例。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1示明包括有壓縮機(jī)22的致冷系統(tǒng)20。雖然本發(fā)明在某些方面同樣有利于其他類型的壓縮機(jī)，但特別有利于螺桿式壓縮機(jī)。
眾所周知，浸沒式蒸發(fā)器24經(jīng)通道26將致冷劑輸送給壓縮機(jī)22，致冷劑從壓縮機(jī)22通過管線25到冷凝器30。壓縮的氣態(tài)致冷劑在冷凝器中冷卻，轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵谄渫ㄏ蛘舭l(fā)器24的途中經(jīng)過一膨脹閥(未圖示)。在蒸發(fā)器24中，由其中的致冷劑冷卻將要進(jìn)行冷卻的環(huán)境。如所示，液態(tài)致冷劑32通常會(huì)從蒸發(fā)器24的致冷劑中沉淀出來。
一般，致冷劑的最理想的粘度范圍可隨特定的壓縮機(jī)而變化，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)知道這點(diǎn)，在致冷劑R-134a與220加重POE潤滑油的情況下，當(dāng)致冷劑與潤滑油混合物的溫度約比對(duì)應(yīng)于混合物壓力的致冷劑飽和溫度高40°F時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)峰值粘度。
同樣周知是將一般為潤滑油的潤滑劑供給壓縮機(jī)22。這種潤滑油是與致冷劑相混合，使得蒸發(fā)器24中的液態(tài)致冷劑32包括大量的潤滑油。本發(fā)明有助于將這種液態(tài)致冷劑與潤滑油分離，使得返回到油槽48中的潤滑油幾乎沒有致冷劑。這樣就提高了潤滑油的粘度，使之更有利于潤滑壓縮機(jī)的表面。
為此目的，回流管線34將此混合物32通入蒸餾器或汽化器38。閥或節(jié)流器36控制來自管線34的流量。由一簡單的節(jié)流器可計(jì)量返回到蒸發(fā)器的流量，同時(shí)截流閥使控制器200能對(duì)該流動(dòng)進(jìn)行通或斷控制。
此控制器200還可控制輔助開關(guān)134與閥136。閥36與136可以根據(jù)蒸發(fā)器24內(nèi)混合物32的體積與汽化器38的容器順次打開，以處理和蒸發(fā)液態(tài)致冷劑。雖然圖中示明了兩個(gè)支管與兩個(gè)閥，但根據(jù)本發(fā)明的原理甚至可以設(shè)置更多的支管與閥。
上述汽化器內(nèi)的管線40從支管42接收熱的壓縮的氣態(tài)致冷劑。一般，此汽化器是一種熱交換器，其具有將熱的排出的致冷劑與致冷劑/潤滑油混合物物理分離的部件。圖中示意表明的管線40實(shí)際上最好是多根增強(qiáng)的熱交換銅管?；蛘?，這種汽化器可以取其他形式的熱交換器，例如銅焊板式或管式熱交換器。某些實(shí)施形式示明于下。一般，排出的致冷劑被冷卻并冷凝成液態(tài)，并從通過管線34供給到在汽化器38內(nèi)的混合物中使液態(tài)致冷劑蒸發(fā)。在汽化器中處于蒸發(fā)器壓力下的致冷劑/潤滑油保證了此混合物的溫度低于用作熱源的壓縮氣體的溫度。致冷劑經(jīng)回流管線44返回到汽化器38下游的混合物32中。節(jié)流孔或其他的限流裝置300位于此回流管線44上，以確保在整個(gè)汽化器冷凝過程中所排出的致冷劑有接近恒定的壓力和較低的溫度。如圖1所示，支管42分接在冷凝器的上游，因此致冷劑較熱，而與先有技術(shù)的相比尤其要熱。汽化器中與通過管線40的熱致冷劑接觸的混合物，促使致冷劑從混合物中蒸發(fā)出并經(jīng)管線43返回到通向壓縮機(jī)的管線26。管線43還起到通風(fēng)管的作用，確保汽化器中致冷劑/潤滑油處于蒸發(fā)器壓力下。汽化器中致冷劑/潤滑油處于蒸發(fā)器壓力下時(shí)便保證了此混合物的溫度低于用作熱源的壓縮氣體的溫度。此潤滑油通過管線46返回到油槽48。潤滑油從油槽48經(jīng)管線50到達(dá)油泵52，并經(jīng)管線54返回壓縮機(jī)。潤滑了壓縮機(jī)(未圖示)內(nèi)表面的潤滑油經(jīng)潤滑劑回流管線56返回到油槽48。返回的潤滑油在潤滑了壓縮機(jī)的工作面后較熱。此熱的潤滑油再用來蒸發(fā)掉來自槽48中的潤滑油的附加致冷劑。這就是說，蒸餾器38將用來去除大量的液體致冷劑，但返回的熱的潤滑油56則將從油槽48中去除甚至更多的致冷劑，所除去的液態(tài)致冷劑將通過管線58返回到管線43與管線26內(nèi)。
本發(fā)明在先有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，即利用熱得多的致冷劑從流體致冷劑/潤滑油的混合物中蒸發(fā)掉液態(tài)致冷劑。這樣，與先有技術(shù)相比，就能更有效地將這種液態(tài)致冷劑除去。
圖2示明了另一種實(shí)施例，其中將支管60插裝到螺桿式壓縮機(jī)22的最后一個(gè)封閉葉瓣(lobe)62中。這就是說，排出到蒸發(fā)器38內(nèi)的致冷劑在此實(shí)際上是取自壓縮室的。壓縮室在絕大多數(shù)作業(yè)條件下則是處于特別熱的位置。上述排液作業(yè)的一種理想應(yīng)用公開于與本申請(qǐng)同日申請(qǐng)的共同未決的美國專利申請(qǐng)No.10/306326中。題目為“Alternate Flow of Discharge Gas to a Vaporizer for a ScrewCompressor”。
圖3示明了又一實(shí)施例300。排出的致冷劑經(jīng)通道102穿過汽化器管104。液態(tài)致冷劑/潤滑油混合液經(jīng)通道106進(jìn)入汽化器104。此汽化器的一端110可讓潤滑油進(jìn)入環(huán)繞汽化器104的油槽112內(nèi)?；亓鳚櫥凸芫€114通入油泵。分離出來的液態(tài)致冷劑通過管線108返回到壓縮機(jī)的進(jìn)氣管。
另有一實(shí)施例120示明于圖5。圖5在絕大多數(shù)方面類似于圖3，但在汽化器124的底部形成一潤滑油通道128，同時(shí)設(shè)有一排氣通道132穿過上述油槽的外壁122。還形成有通過此油槽的通道134以使更多的分離出的致冷劑回流。此外，這種液態(tài)致冷劑/潤滑油經(jīng)通道130進(jìn)入汽化器124。加熱了的壓縮的致冷劑通過管線126，而分離出的潤滑油通過管線136返回油泵。
還可以設(shè)置一與此汽化器相關(guān)聯(lián)的電加熱器，以便如本申請(qǐng)中所述，在加熱好的致冷劑的正常使用被切斷或因其他某種原因供應(yīng)不充分時(shí)來汽化液體致冷劑。
盡管上述幾個(gè)最佳實(shí)施例示明了在冷凝器上游的排液，但也能從冷凝器的起始部分排送出熱的氣態(tài)的壓縮致冷劑。圖6概示了冷凝器30接收來自壓縮機(jī)的壓縮致冷劑28，它具有的支管310位于起始段，在該起始段可能有大量的氣態(tài)壓縮的致冷劑可以利用。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將可知道如何從冷凝器30的起始點(diǎn)處獲取這種氣態(tài)致冷劑。
雖然在上面公開了本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可作出很多變型。為此應(yīng)研究所附的權(quán)利要求書以確定本發(fā)明的實(shí)際范圍與容。
權(quán)利要求
1.一致冷循環(huán)，它包括用于從蒸發(fā)器接收致冷劑、壓縮此致冷劑并將此致冷劑送至冷凝器的致冷壓縮機(jī)；供給于此壓縮機(jī)的潤滑劑；從上述蒸發(fā)器將液體致冷劑/潤滑劑混合物排入汽化器內(nèi)的通道；從所述冷凝器的上游處將壓縮的致冷劑排入所述汽化器的支管，上述壓縮的致冷劑加熱上述組合的液體致冷劑/潤滑劑混合物，并從此混合物中蒸發(fā)掉液態(tài)致冷劑。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)，其特征在于，有兩個(gè)通道將組合的液體致冷劑/潤滑劑混合物送給所述汽化器。
3.如權(quán)利要求2所述的制冷循環(huán)，其特征在于，在所述至少兩個(gè)通道上都設(shè)有可選擇性控制的閥。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)，其特征在于，在從所述蒸發(fā)器通向所述汽化器的通道上設(shè)有節(jié)流器。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述壓縮的致冷劑是在上述壓縮機(jī)與冷凝器之間的一個(gè)位置處排出。
6.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)，其特征在于，上述排出的致冷劑是從壓縮機(jī)壓縮室內(nèi)的一個(gè)位置處排出。
7.如權(quán)利要求6所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述壓縮機(jī)是螺桿式壓縮機(jī)，而所述致冷劑是從此螺桿式壓縮機(jī)的最后一個(gè)封閉葉瓣中排出。
8.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述潤滑劑是從油槽輸送到所述壓縮機(jī)，并在較高溫度下從此壓縮機(jī)返回所述油槽。
9.如權(quán)利要求8所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述返回的潤滑劑促使更多的致冷劑從上述液體致冷劑/潤滑劑混合物中蒸發(fā)出，而從所述油槽蒸發(fā)出的致冷劑則返回到所述壓縮機(jī)的進(jìn)口管線。
10.如權(quán)利要求9所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述蒸發(fā)出的致冷劑返回到上述壓縮機(jī)的進(jìn)口管線，而用于回流此蒸發(fā)出的致冷劑的管線則起到通風(fēng)管的作用，以確保所述汽化器接收上述致冷劑/潤滑油混合物這部分基本上處于蒸發(fā)器壓力下。
11.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述輸送給此壓縮機(jī)的潤滑油是從油槽輸送出，而來自所述汽化器的潤滑劑則輸送到此油槽內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的制冷循環(huán)，其特征在于，上述油槽環(huán)繞所述汽化器。
13.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)，其特征在于，設(shè)有用于上述排出的致冷劑的回流管線，用于將所述排出的致冷劑回流至致冷劑流動(dòng)管線，而在所述汽化器的下游處，此回流管線包括一流體流動(dòng)控制部件，確保通過此汽化器的所述排出的致冷劑的壓力基本恒定。
14.如權(quán)利要求8所述的制冷循環(huán)，其特征在于，有兩個(gè)用來將此液體致冷劑/潤滑劑混合物通到所述汽化器的通道。
15.如權(quán)利要求14所述的制冷循環(huán)，其特征在于，在所述至少兩條通道上分別設(shè)有可選擇控制的閥。
16.如權(quán)利要求8所述的制冷循環(huán)，其特征在于，在從所述從上述蒸發(fā)器到上述汽化器的通道上設(shè)有節(jié)流器。
17.如權(quán)利要求8所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述排出的致冷劑是從壓縮機(jī)壓縮室中一個(gè)位置處排出。
18.如權(quán)利要求8所述的制冷循環(huán)，其特征在于，所述壓縮機(jī)是螺桿式壓縮機(jī)，而所述致冷劑是從所述螺桿式壓縮機(jī)的最后一個(gè)封閉的壓縮室中排出。
全文摘要
用于從來自蒸發(fā)器(24)排出的組合的液體致冷劑/潤滑劑混合物(32)中蒸發(fā)掉液態(tài)致冷劑的汽化器(38)，利用了從冷凝器上游處支管(42)排出的熱的壓縮氣態(tài)的致冷劑。在一優(yōu)選實(shí)施例中，致冷劑是從壓縮機(jī)的壓縮室(62)排出，此熱的致冷劑有效地蒸發(fā)掉該混合物(32)中的液態(tài)致冷劑，確保了潤滑劑有高粘度。本發(fā)明的另一特征是設(shè)有從壓縮機(jī)(22)通入油槽(48)內(nèi)的潤滑劑的回流管線(56)，以進(jìn)一步蒸發(fā)掉液態(tài)致冷劑。
文檔編號(hào)F25B1/04GK1692262SQ200380100283
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者E·A·許尼格爾, N·湯普森, J·A·卡特拉姆博恩 申請(qǐng)人:開利公司