專利名稱：用于蒸汽壓縮系統(tǒng)的壓縮機的油分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于蒸汽壓縮系統(tǒng)的壓縮機，且具體地涉及一種用于蒸汽壓縮系統(tǒng)的包括油分離器的壓縮機。
背景技術(shù)：
壓縮機使用一個用于驅(qū)動泵機構(gòu)的馬達以壓縮流體，且因此，其典型地包含用于降低滑動表面之間的摩擦的潤滑劑。在封閉或半封閉的壓縮機中，一個電機通過一個動力傳動系統(tǒng)組件驅(qū)動該泵機構(gòu)。來自蒸汽壓縮系統(tǒng)的制冷劑可以流過馬達和動力傳動系統(tǒng)的各部分且圍繞它們流動。潤滑劑典型地流過馬達和動力傳動系統(tǒng)的各部分且圍繞它們流動以潤滑滑動表面。
盡管主要的潤滑劑流動路徑大部分是與制冷劑流動路徑分離的，但某些潤滑劑仍然會與制冷劑混合。與制冷劑混合的潤滑劑可能降低蒸汽壓縮系統(tǒng)的效率和可靠性。潤滑劑隨著所攜帶的制冷劑流動可能阻止熱傳遞并將熱交換的效率。進而，攜帶有制冷劑的潤滑劑可能阻塞小孔且抑止系統(tǒng)的部件如膨脹機的性能。此外，攜帶有制冷劑的潤滑劑可能聚集在壓縮系統(tǒng)的不想要的或不期望的地方并可能會導(dǎo)致對降低壓縮機摩擦和磨損的潤滑劑的損失，且因此降低了可靠性。
一種跨臨界(transcritical)蒸汽壓縮系統(tǒng)包括一種在一個超臨界狀態(tài)存在于壓縮機中的制冷劑。制冷劑在低壓狀態(tài)進入壓縮機且一般地流過電機，以幫助冷卻該電機并降低它的運行溫度。來自動力傳動系統(tǒng)的油可以與該制冷劑混合并隨著制冷劑進入壓縮腔室。通常使用一個油分離裝置以將油與制冷劑分離。典型地，在系統(tǒng)的高壓部分中的壓縮腔室之后使用油分離裝置。在一種跨臨界系統(tǒng)中，這發(fā)生在超臨界狀態(tài)。油分離器典型地包括一個用于將油排放回到處在蒸汽壓縮系統(tǒng)的低壓的、次臨界部分上的油槽中的通路。這個通路在該蒸汽壓縮系統(tǒng)中造成一種可能降低系統(tǒng)效率的連續(xù)不斷的泄漏。
設(shè)置在壓縮腔室后面的油分離器必須包括相對較厚的壁以及高壓密封件，以適應(yīng)更高的壓力。而且，在超臨界狀態(tài)的制冷劑特別是二氧化碳往往是非?？扇芙獾摹＿@就引起了油被飽和在超臨界的制冷劑中。飽和在超臨界的制冷劑中的油很難有效地除去。由于分離器在蒸汽壓縮系統(tǒng)的超臨界側(cè)的使用所引起的困難限制了一些系統(tǒng)在臨界點以下完整地運行。這可能會限制在該系統(tǒng)中所使用的制冷劑的類型。
因此，開發(fā)一種用于將油與制冷劑進行分離的低壓側(cè)油分離器是所希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種包括用于跨臨界蒸汽壓縮系統(tǒng)的低壓油分離器的壓縮機，該油分離器在制冷劑流過驅(qū)動馬達之后且在進入壓縮腔室之前將油與制冷劑分離。
一種跨臨界蒸汽壓縮系統(tǒng)，它利用在于臨界點之上的高壓和于臨界點之下的低壓之間循環(huán)的二氧化碳作為制冷劑。壓縮機組件包括一個馬達、動力傳動系統(tǒng)組件、一個油分離器、一個壓縮腔室和一個油槽。制冷劑流過驅(qū)動馬達并圍繞其流動，以降低其運行溫度。動力傳動系統(tǒng)組件包括通過油來潤滑的運動部件。在動力傳動系統(tǒng)組件中的油在某些場合與制冷劑混合。
油分離器設(shè)置在壓縮機馬達之后但在壓縮腔室之前。在這一位置，油在臨界點之上壓縮之前被移出制冷劑。油分離器在制冷劑進入壓縮腔室之前基本上將可能會與制冷劑混合的所有的油移去。用油分離器除去的油被傳送到油槽，該油槽也可以處在該跨臨界蒸汽壓縮系統(tǒng)的低壓部分或次臨界部分上。
因此，本發(fā)明壓縮機包括一個用于在制冷劑進入壓縮腔室之前從制冷劑中除去油的低壓側(cè)油分離器。


對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從下面的當(dāng)前優(yōu)選實施例的詳細描述中本發(fā)明的許多特點以及優(yōu)點將變得更加清楚。伴隨著這些詳細描述的附圖可簡單地如下面所示出的圖1是本發(fā)明跨臨界(或穿過臨界點)的蒸汽壓縮系統(tǒng)的示意圖；圖2是按照本發(fā)明的包括油分離器的壓縮機的剖視圖；圖3是本發(fā)明壓縮機的放大的剖視圖；
圖4是包括油結(jié)合介質(zhì)的抽吸高壓室的頂視圖；以及圖5是包括本發(fā)明油隔離通路的壓縮的剖視圖。
具體實施例方式
參考圖1，一個跨臨界(或穿過臨界點的)蒸汽壓縮系統(tǒng)10包括一個壓縮機12、一個熱交換器14、一個膨脹閥16以及一個蒸發(fā)器18。一個風(fēng)扇20設(shè)置成用于將空氣吹過該蒸發(fā)器18。蒸汽壓縮系統(tǒng)10最好使用二氧化碳作為制冷劑。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其它制冷劑也在本發(fā)明的考慮范圍之內(nèi)。
該蒸汽壓縮系統(tǒng)10內(nèi)的制冷劑在臨界點之上的溫度和壓力下存在于壓縮機12的壓縮腔室28內(nèi)。制冷劑流過熱交換器14。來自制冷劑的熱被排斥到用于加熱水或空氣的另一種流體介質(zhì)。該高壓、高溫的制冷劑隨后從熱交換器14運動到一個膨脹閥16。該膨脹閥16調(diào)節(jié)制冷劑在高壓和低壓之間的流動。
存在于膨脹閥16的制冷劑流動到蒸發(fā)器18。在蒸發(fā)器18中制冷劑接收來自外部空氣的熱量。風(fēng)扇20將空氣吹過蒸發(fā)器18，以提高這一過程的效率。留在蒸發(fā)器18中的制冷劑在一個入口34進入壓縮機12。制冷劑圍繞一個馬達26流動且在其上流過。圍繞該馬達流動的制冷劑吸收一部分由馬達26所產(chǎn)生的熱量，以降低該馬達的運行溫度。
在壓縮機12內(nèi)部連接馬達26的一個動力傳動系統(tǒng)組件25的運動部件需要潤滑，因此為這些部件設(shè)置諸如油的潤滑劑。這類潤滑劑優(yōu)選保持在連接到馬達26上動力傳動系統(tǒng)組件25內(nèi)，這樣就沒有任何油散發(fā)到制冷劑流中。然而，在某些情況下，一些油變得與用于冷卻馬達26的制冷劑混雜在一起。
本發(fā)明的壓縮機12包括一個油分離器32，該油分離器設(shè)置在馬達26和壓縮腔室28之間。在馬達26上流過的制冷劑流入到油分離器32內(nèi)。然后從該制冷劑中基本上除去油且將油朝向一個油槽30引導(dǎo)，用于再使用以潤滑在壓縮機12內(nèi)連接到馬達26上的動力傳動系統(tǒng)組件25的運動部件?；旧蠠o油的制冷劑離開油分離器32，并進入壓縮腔室28。油分離器32可以包括結(jié)合介質(zhì)、蛇行通路、離心分離器或其它裝置。
參見圖2，表示出一個本發(fā)明壓縮機12的剖視圖，該壓縮機12包括一個用于輸入次臨界制冷劑的入口34和一個排出超臨界制冷劑的出口36。制冷劑流過一個設(shè)置在馬達26附近的流動路徑50。該流動路徑50引導(dǎo)制冷劑流圍繞馬達26流動，以吸收由馬達26輻射出的熱量。流動路徑50將制冷劑流從入口34引導(dǎo)經(jīng)過馬達26到達一個抽吸高壓室42。
優(yōu)選的是，流動路徑50關(guān)于馬達26是環(huán)形的。馬達26包括一個支承在至少一個軸承46上的轉(zhuǎn)子44。軸承46包括一種潤滑劑，以限制或消除滑動表面之間的摩擦。在某些情況下，油48可能出現(xiàn)在軸承46，在流動路徑50中產(chǎn)生一個含油部分51。該含油部分51基本上形成在馬達26的附近。如果油被允許保留在制冷劑流中，那么在該制冷劑流中的油就會進入壓縮機12的壓縮腔室28中，并與該制冷劑一起流動到這個系統(tǒng)的高壓部分中。
一個閥板38安裝在一個曲軸箱39上且一個頂蓋37裝接到該閥板38上。墊圈40將曲軸箱39、閥板38和頂蓋37之間的界面密封住。油分離器32設(shè)置在抽吸高壓室42內(nèi)。抽吸高壓室42處于與多個形成在閥板38中的通路43流體連通的狀態(tài)。在閥板38中的通路將制冷劑從流動路徑50連通到抽吸高壓室42。
一種結(jié)合材料45設(shè)置在抽吸高壓室42內(nèi)。該結(jié)合材料45優(yōu)選是一種在捕獲油滴的同時允許制冷劑流動的極為多孔的材料。該結(jié)合材料可以是一種多孔的金屬或合成材料。含有油48的制冷劑流過抽吸高壓室42到達壓縮腔室28。在制冷劑中的油被分離并聚集在結(jié)合材料45中。該結(jié)合材料25將油收集起來并使它們聚集在一起，且將它們排放到一個油槽。一個油出口41設(shè)置成將油從抽吸高壓室42連通到該油槽。通過將油分離器32設(shè)置在壓縮腔室28之前，在該跨臨界蒸汽壓縮系統(tǒng)的次臨界部分內(nèi)，可以更有效地將油從制冷劑流中除去。
參見圖3，其表示出一個壓縮腔室28和曲軸箱39的放大的剖視圖。抽吸高壓室42包括結(jié)合介質(zhì)45。
參見圖4，表示出抽吸高壓室42，在那里制冷劑在通過通路43進入壓縮腔室28之前被收集。制冷劑通過入口47進入抽吸高壓室42。抽吸高壓室42充填有結(jié)合材料介質(zhì)45。在制冷劑穿過結(jié)合介質(zhì)45的同時，油被收集在該結(jié)合材料45的表面上。將油通過出口41排掉使其到達油槽30。
圖5是本發(fā)明一個壓縮機12’的剖視圖。壓縮機12’包括一個通路54，該通路將圍繞馬達26流動的制冷劑引導(dǎo)到抽吸高壓室42。該通路54伸展到距含油部分51一定距離的制冷劑流動路徑50中，且包括一個與該流動路徑50的含油部分51間隔開的入口56。由于通路54的入口56與該制冷劑流動路徑50的含油部分51間隔開，所以進入入口56的制冷劑并不包含可能已從軸承組件46排出的油。通路54將含油部分51的制冷劑與流動路徑54中的制冷劑隔離。制冷劑的含油部分51的隔離基本上防止了油48與流入到壓縮腔室28內(nèi)的制冷劑的混合。
在運行過程中，制冷劑在一個次臨界點進入入口34，并圍繞馬達26流動。制冷劑以一個環(huán)形流動路徑50圍繞馬達26流動。在該環(huán)形流動路徑50中的制冷劑吸收來自馬達26的熱量，以降低其運行溫度。路徑54的入口56與軸承46間隔開，以在與含油部分51的油混合之前將制冷劑引入抽吸高壓室42。因此，入口56與軸承56間隔開，使得基本上沒有油抽入到壓縮腔室28中。
在該蒸汽壓縮系統(tǒng)10的次臨界部分中，油分離器32在馬達26之后且在壓縮腔室28之前的位置更有效地除去油，而沒有在該蒸汽壓縮系統(tǒng)的超臨界部分中除去油所遇到的那些困難。
前面的描述是示例性的且不僅僅是一個具體說明。本發(fā)明已經(jīng)以示例的方式進行了描述且應(yīng)當(dāng)理解所使用的術(shù)語意在說明書的措辭的性質(zhì)而非進行限制。根據(jù)上面的教導(dǎo)本發(fā)明進行多種變型以及變化是可能的。已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到某些改型是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。將會理解在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以在具體描述以外的內(nèi)容進行實施。為此，下列權(quán)利要求書應(yīng)當(dāng)認為確定了本發(fā)明的實際范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽壓縮系統(tǒng)，它包括含有制冷劑的回路；壓縮機，所述壓縮機包括馬達、動力傳動系統(tǒng)組件和壓縮腔室；以及設(shè)置在所述馬達和所述壓縮腔室之間的油分離器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述油分離器中的所述制冷劑的壓力小于存在于所述壓縮腔室中的制冷劑的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷劑包括二氧化碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷劑當(dāng)存在于所述壓縮腔室中時處于臨界點之上，而在所述油分離器中處于所述臨界點之下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽壓縮系統(tǒng)時跨臨界點的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括用于從所述油分離器接納油的油槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油分離器包括結(jié)合介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油分離器包括多個蛇形的通路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機包括抽吸高壓室，且所述油分離器設(shè)置在所述抽吸高壓室中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油分離器包括有結(jié)合介質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)合介質(zhì)包括鋼泡沫。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機包括抽吸流動路徑，通過所述抽吸流動路徑所述制冷劑流動以吸收由所述馬達所產(chǎn)生的熱量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括伸展到所述抽吸流動路徑中的用于引導(dǎo)所述制冷劑進入所述壓縮腔室的通路，所述通路包括與所述動力傳動系統(tǒng)組件的油排出口區(qū)域間隔開的入口。
14.一種用于跨臨界點的蒸汽壓縮系統(tǒng)的壓縮機組件，它包括馬達；包含潤滑劑的動力傳動系統(tǒng)組件；壓縮腔室；鄰近所述馬達的制冷劑流動路徑，其中一部分所述流動路徑暴露于來自所述動力傳動系統(tǒng)組件的潤滑劑；以及用于制冷劑的延伸到所述流動路徑中的通路，所述通路包括與暴露于所述潤滑劑的所述流動路徑的所述部分間隔開一定距離的入口。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓縮機組件，其特征在于，所述制冷劑包括二氧化碳。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓縮機組件，其特征在于，所述馬達和所述動力傳動系統(tǒng)組件包括由至少一個軸承支承的轉(zhuǎn)子，所述軸承包含潤滑劑，且所述入口與所述軸承隔開一定距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓縮機組件，其特征在于，所述流動路徑關(guān)于所述馬達是環(huán)形的。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓縮機組件，其特征在于，其包括抽吸高壓室，所述抽吸高壓室包含與所述通路連通的入口和與所述壓縮腔室連通的出口。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的壓縮機組件，其特征在于，其包括用于將油與所述制冷劑分離的結(jié)合介質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的壓縮機組件，其特征在于，所述結(jié)合介質(zhì)包括多孔材料。
21.一種用于跨臨界點的蒸汽壓縮系統(tǒng)的壓縮機組件，它包括馬達；動力傳動系統(tǒng)組件；壓縮腔室；形成用于制冷劑的通向所述壓縮腔室的通路的抽吸高壓室；以及設(shè)置在所述抽吸高壓室內(nèi)的油分離器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的壓縮機組件，其特征在于，所述油分離器包括結(jié)合介質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的壓縮機組件，其特征在于，所述油分離器包括多個蛇形的通路。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的壓縮機組件，其特征在于，存在于所述壓縮腔室中的制冷劑處于臨界點之上，而進入所述壓縮腔室中的制冷劑處于所述臨界點之下。
全文摘要
一種蒸汽壓縮系統(tǒng)，它包括壓縮機組件(12)，該組件包括用于將油與制冷劑中分離的油分離器(32)。油分離器在蒸汽壓縮系統(tǒng)的次臨界部分中設(shè)置在馬達(26)和壓縮腔室(28)之間。從接附到馬達上的動力傳動系統(tǒng)組件排出的油基本上在進入壓縮機的壓縮腔室之前從制冷劑中除去。
文檔編號F25B43/02GK1985135SQ200580023843
公開日2007年6月20日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日
發(fā)明者J·J·尼特, T·西尼爾, W·A·里烏 申請人:開利公司