热虹吸油冷却系统的制作方法

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种热虹吸油冷却系统。

背景技术：

传统的制冷系统通常分为水冷系统和热虹吸油冷系统，水冷系统由于其换热管容易结垢而影响换热效果，且由于水冷的整体结构复杂、成本较高等缺点而应用较少，目前最为广泛使用的是热虹吸油冷系统。热虹吸油冷系统是利用液体和气体密度不同而形成的压力差进行循环，从而无需使用泵等输送设备，输送方式更为简单便捷，因此结果更为简单。此外，采用热虹吸油冷的方式相对于水冷的方式可以节省水源，同时还可以避免在换热器内产生结垢而影响传热的问题，因而热虹吸油冷系统被广泛应用。

然而，目前在安装热虹吸油冷系统时，在冷凝器与分离容器之间及油冷却器与分离容器之间的安装位置较为混乱，而对于冷凝器与分离容器之间的安装高度差以及油冷却器与分离容器之间的安装高度差而言，太小或者是太大的话都容易导致油冷却器因为冷却效果不佳而导致油温过高，甚至有可能导致整个热虹吸系统都无法正常运行的情况。

技术实现要素：

本发明实施例公开了一种热虹吸油冷却系统，以解决在目前热虹吸油冷却系统的油冷却器与分离容器之间的安装位置较为混乱而导致油冷却效果不佳的问题。

本发明实施例公开了一种热虹吸油冷却系统，包括：

分离容器，所述分离容器具有进液口及第一出液口；

冷凝器，所述冷凝器内储存有制冷剂，所述冷凝器设于所述分离容器的上方，并通过管道连接至所述进液口，所述冷凝器与所述分离容器之间具有第一高度差；以及

至少一台油冷却器，所述至少一台油冷却器设于所述分离容器的下方，并通过管道连接至所述第一出液口，所述至少一台油冷却器与所述分离容器之间具有第二高度差；

所述第一高度差的取值是以大于第一阈值为依据的；

所述第二高度差的取值是以大于第二阈值为依据的；

其中，所述第一阈值为所述连接所述冷凝器与所述分离容器的管道压降除以所述制冷剂的密度与所述制冷剂的重力系数的乘积后得出的商值；

所述第二阈值为所述连接所述分离容器及所述至少一台油冷却器的管道压降除以所述制冷剂的密度与所述制冷剂的重力系数的乘积后得出的商值。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述至少一台油冷却器通过油冷管道连接至所述分离容器的第一出液口，所述油冷管道相对于所述分离容器的水平面呈坡向安装，所述油冷管道相对于所述分离容器的水平面的安装坡度为3°～5°。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述分离容器还包括回流口，所述至少一台油冷却器通过回流管道连接至所述分离容器的回流口，所述回流管道相对于所述分离容器的水平面成坡向安装，且所述回流管道相对于所述分离容器的水平面的安装坡度为3°～5°。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述至少一台油冷却器上设置制冷剂入口，所述制冷剂入口通过进液管道连接至所述油冷管道，以使所述油冷管道将所述分离容器内的制冷剂经由所述进液管道输送至所述制冷剂入口，以对所述油冷却器内的高温油进行降温。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述至少一台油冷却器上设置有气体出口，所述气体出口通过回气管道连接至所述回流管道，以使所述油冷却器内的气体经由所述回气管道向所述回流管道内输送，并经由所述回流管道输送至所述分离容器内。

优选地，所述油冷却器为三台，所述回气管道为三条，每一台所述油冷却器分别通过所述回气管道连接至所述回流管道。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述进液管道以及所述回气管道的管道直径均满足以下公式：

D＝[n₁×(m_油流量)^k×n₂]；

其中，n₁为所述制冷剂在工作温度下产生的流动常数，M_油流量为从所述进液管道向所述油冷却器内流动的制冷剂在工作温度下的流量，k为常量，n₂为单位换算常量。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述制冷剂为氨或者氟利昂；

当所述制冷剂为氨时，所述流动常数n₁的值为第一预设值；

当所述制冷剂为氟利昂时，所述流动常数n₁的值为第二预设值；且所述第二预设值不同于所述第一预设值。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述分离容器具有容积，所述分离容器的容积V_容积满足以下公式：

V_容积＝m_蒸发×(q_蒸发/ρ)

其中，m_蒸发为蒸发速率，q_蒸发为所述制冷剂在预设时间内的蒸发量，ρ为所述制冷剂在工作温度下的单位密度。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述分离容器内储存的液体的容量V_制冷剂满足以下公式：

V_液体＝(πr²l)×F_体积系数

其中，π为圆周率，r为所述分离容器的容器半径，l为所述分离容器的容器长度，F_体积系数为所述分离容器内的液体的体积系数。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述分离容器内液体的体积系数F_体积系数满足以下公式：

F_体积系数＝F_{高度系数C1％}-F_{高度系数C2％}

其中，所述F_{高度系数C1％}为所述分离容器内的液体容量在最高时的高度系数，F_{高度系数C2％}为所述分离容器内的液体容量在最低时的高度系数；

所述C1的取值大于所述C2的取值。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述工作温度包括蒸发温度、和/或冷凝温度、和/或供热温度。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述分离容器为热虹吸桶或立式高压虹吸储液罐。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，当所述分离容器为热虹吸桶时，所述分离容器还包括第二出液口，所述热虹吸油冷却系统还包括贮液器，所述贮液器通过贮液管道连接至所述第二出液口。

优选地，所述贮液管道上设置有截止阀。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述热虹吸油冷却系统还包括放油器，所述油冷却器上设置有放油管道，所述放油管道连接至所述放油器。

本发明实施例提供的热虹吸油冷却系统通过设置该冷凝器与分离容器之间在安装时具有第一高度差，并使得第一高度差满足其取值条件，然后设置油冷却器与虹吸桶之间在安装时具有第二高度差，并使得第二高度差也满足其取值条件，从而确保冷凝器与分离容器之间以及油冷却器与分离容器之间的安装高度差能够满足该油冷却器的冷却效果，确保该冷凝器与分离容器之间具有一个合理的安装位置，及分离容器与油冷却器之间具有一个合理的安装位置而使得该油冷却器具有良好的冷却效果，保证整个热虹吸油冷却系统的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的热虹吸油冷却系统的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的分离容器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种热虹吸油冷却系统，能够解决现有的热虹吸油冷却系统冷凝器、分离容器及油冷却器之间的安装位置较为随意而容易导致油冷却器的油温过高的问题。以下将结合附图进行详细描述。

请一并参阅图1及图2，为本发明实施例提供的热虹吸油冷却系统100的结构示意图。本发明实施例提供的热虹吸油冷却系统100包括分离容器20、内储存有制冷剂(未标示)的冷凝器30以及至少一台油冷却器40。分离容器20具有进液口21及第一出液口22。冷凝器30设于分离容器20上方，并通过管道连接至该进液口21，且冷凝器30与分离容器20之间具有第一高度差H1。该至少一台油冷却器40设于分离容器20的下方，并通过管道连接至第一出液口22，该至少一台油冷却器40与分离容器20之间具有第二高度差H2。该第一高度差H1的取值是以大于第一阈值为依据的，该第二高度差H2的取值是以大于第二阈值为依据的。其中，该第一阈值为连接冷凝器与分离容器的管道压降除以该制冷剂的密度与制冷剂的重力系数的乘积后得出的商值，该第二阈值为连接分离容器及至少一台油冷却器的管道压降除以制冷剂的密度与制冷剂的重力系数的乘积后得出的商值。

在本实施例中，该冷凝器30通过冷凝管道31连接至分离容器20的进液口21，以将冷凝器30内的制冷剂输送至分离容器20内。该冷凝器30与该分离容器20之间的第一高度差H1满足以下条件：

H1×ρ×ɡ﹥P1。

其中，ρ为该冷凝器30内的制冷剂的密度，g为该制冷剂的重力系数，P1为冷凝器30与分离容器20之间管道的压降。即，P1为该冷凝管道31的压降。因此，在安装该冷却器与分离容器20时，只要保证该冷凝器30与该分离容器20之间的第一高度差H1能够满足上述条件，即可确保该冷凝器30与该分离容器20之间的进液情况，避免该第一高度差H1的取值过大或者过小而不利于后续分离容器20内的制冷剂流动至该油冷却器40对该油冷却器40的冷却效果不佳而导致油冷却器40的油温过高的问题。

进一步地，该至少一台油冷却器40通过油冷管道41连接至该分离容器20的第一出液口22，该至少一台油冷却器40与分离容器20之间安装的第二高度差H2满足以下条件：

H2×ρ×ɡ﹥P2。

其中，ρ为冷凝器30内的制冷剂的密度，g为该制冷剂的重力系数，P2为分离容器20与油冷却器40之间管道的压降。即，P2为该油冷管道41的压降。因此，在安装该至少一台油冷却器40与分离容器20时，只要保证该至少一台油冷却器40与该分离容器20之间的第二高度差H2能够满足上述条件，即可确保从该分离容器20内流动至该油冷却器40的制冷剂能够对该油冷却机进行冷却，确保油冷却器40内的油温能够被降低，防止该油冷却器40内的油温太高而导致热虹吸油冷却系统100的整体运行不畅的问题，确保该热虹吸油冷却系统100的安全运行。

在本实施例中，该冷凝器30内的制冷剂可选用氨、R507、R22(二氟一氯甲烷)、R404、R134(四氟乙烷)或R449A中的任意一种。

在本实施例中，该热虹吸油冷却系统100包括压缩机10，该压缩机10的一端连接至冷凝器30，该压缩机10的另一端连接至至少一台油冷却器40，该油冷却器40将高温气体输送至压缩机10内，以使压缩机10将高压气体输送至冷凝器30内进行冷凝，从而实现热虹吸油冷却系统100的循环进行。

在本实施例中，该分离容器20可为热虹吸桶或者是立式高压虹吸储液罐。当该分离容器20为热虹吸桶时，该分离容器20可卧式安装或者是立式安装。当该分离容器20为立式高压虹吸储液罐时，该分离容器20仅为立式安装。本发明实施例优选以该分离容器20为卧式热虹吸桶为例来进行详细说明。

进一步地，当该分离容器20为热虹吸桶时，该分离容器20还包括第二出液口23，该热虹吸油冷却系统100还包括贮液器50，该贮液器50通过贮液管道51连接至该第二出液口23，以将分离容器20内的多余液体储存至该贮液器50内。优选地，为了便于及时切断或者开启将液体经由贮液管道51输送至贮液器50内，该贮液管道51上设置有截止阀(未标示)。

在本实施例中，为了确保该分离容器20的大小选择更为合理，避免出现分离容器20选用的容量太大位置布置不合理而导致油冷却器40制冷效果不佳的情况，该分离容器20的容积满足以下公式：

V_容积＝m_蒸发×(q_蒸发/ρ) (公式1)

其中，m_蒸发为该压缩机10的蒸发速率，q_蒸发为冷凝器30内的制冷剂在预设时间内的蒸发量，ρ为制冷剂在指定工作温度下的单位密度。

可以得知的是，该预设时间可根据实际情况设置，例如为一分钟、两分钟、三分钟、四分钟或五分钟等。

可以得知的是，该制冷剂可选用氨制冷剂、氟利昂制冷剂等。该工作温度包括蒸发温度、和/或冷凝温度、和/或供热温度。需要说明的是，蒸发温度、冷凝温度和供热温度可以各不相同，或者任意2个相同，或者3个均相同。本实施例优选以该工作温度为冷凝温度来进行详细说明。

在制冷系统的应用计算中，经常用到制冷剂的热力学基本参数，该热力学基本参数通常可以从制冷剂的热力性能表查找得到。其中，热力学基本参数包括制冷剂在指定工作温度下的单位密度、制冷剂在指定工作温度下的蒸发热量等，因此，在计算m_蒸发时，通过可通过查制冷剂的热力性能表查出制冷剂在指定工作温度下的单位密度ρ、制冷剂在指定工作温度下的蒸发热量q_制冷剂，根据压缩机10的排量Q_排量，然后利用以下公式：

m_蒸发＝Q_排量/q_制冷剂 (公式2)

在计算出m_蒸发的取值之后，将m_蒸发代入上述公式1中，即可计算出V_容积。

采用上述公式，通过计算冷凝器30内的制冷剂在预设时间(例如三分钟或者五分钟)内的蒸发量，能够计算出满足压缩机10的蒸发量要求的分离容器20的有效容积，从而使得用户对分离容器20的容量选择更为合理。

进一步地，为了确保该分离容器20内的有效存液容积能够满足油冷却器40的冷却要求，该分离容器20内的液体容量V_液体满足以下公式：

V_液体＝(πr²l)×F_体积系数 (公式3)

其中，π为圆周率，r为分离容器20的容器半径，l为分离容器20的容器长度，F_体积系数为分离容器20内的液体体积系数。

利用上述公式，能够得出选用的分离容器20内的液体容量(即，有效存液容积)，从而使得用户在设计该热虹吸油冷却系统100时，能够得出该分离容器20内输出至该油冷却器40的制冷剂的存液量是否满足该油冷却器40的冷却要求，确保热虹吸油冷却系统100的安全运行。

进一步地，该分离容器20内的液体体积系数F_体积系数满足以下公式：

F_体积系数＝F_{高度系数C1％}-F_{高度系数C2％} (公式4)

其中，所述F_{高度系数C1％}为所述分离容器20内的液体容量在最高时的高度系数，F_{高度系数C2％}为所述分离容器20内的液体容量在最低的高度系数，且优选地，C1的取值大于C2的取值。如图2所示，F_{高度系数C1％}为图2中的分离容器20的存液部分(即，图2中的剖面线部分)，该F_{高度系数C2％}为图2中的分离容器20中的底部部分(即，图2中底部空白部分)。

具体地，请参见下表1，表1是根据公式4，得到的F_体积系数与F_高度系数的关系表。

表1

可以得知的是，在上述表1中所示出的F_体积系数与F_高度系数之间的关系可适用于不同的制冷剂，即，无论该制冷剂选用哪一种，例如氨、R507、R22、R404、R134或R449A中的任意一种均可满足上述表1所示出的关系，从而能够通过查询表1中的F_体积系数与F_高度系数的取值，然后将其代入至公式3中，进而能够计算出分离容器20的有效存液体积，进一步便于分离容器20的选型。

进一步地，为了确保制冷剂能够经由该油冷管道41输送至油冷却器40内，该油冷管道41沿水平方向上的部分管道相对于分离容器20的水平面呈坡向安装，以便于制冷剂的正常流动。具体地，该油冷管道41沿水平方向上的部分管道相对于分离容器20的水平面的安装坡度A为3°～5°(如图1所示)，从而能够便于比重较大的制冷剂能够顺利输送至油冷却器40内。优选地，该油冷管道41沿水平方向上的部分管道相对于分离容器20的水平面的坡向为：该油冷管道41靠近分离容器20的部分管道为沿水平面向下倾斜(即，油冷管道41靠近分离容器20的部分管道朝向该油冷却器40的进液方向倾斜设置)，该油冷管道41远离分离容器20的部分管道为沿水平面向上倾斜，以便于比重较大的制冷剂能够顺利输送至油冷却器40内，同时，使得比重较小的气体向上输送。

进一步地，该至少一台油冷却器40上设置有制冷剂入口(未标示)，该制冷剂入口通过进液管道42连接至该油冷管道41，以使油冷管道41将分离容器20内的制冷剂经由进液管道42输送至制冷剂入口，以对至少一台油冷却器40内的高温油进行降温。具体地，该油冷却器40可为多个，例如两个、三个或者更多个，多个油冷却器40可依次并排安装，每一个油冷却器40上均设置有上述的进液管道42，各进液管道42均连接至油冷管道41，以实现通过该油冷管道41将分离容器20内的冷却液输送至每一个油冷却器40上的目的。优选地，该油冷管道41上可设置控制阀(未标示)，以控制该制冷剂在该油冷管道41内的流速以及流量，从而有利于用户控制该热虹吸油冷却系统100的运行情况。

进一步地，在分离容器20还包括回流口24，该至少一台油冷却器40通过回流管道43连接至分离容器20的回流口24，且该回流管道43沿水平方向上的部分管道相对于分离容器20的水平面成坡向安装，且该回流管道43沿水平方向上的部分管道相对于分离容器20的水平面的安装坡度B为3°～5°(如图1所示)，从而能够便于比重较小的气体能够顺利回气至分离容器20内进行分离。优选地，该回流管道43沿水平方向上的部分管道相对于分离容器20的水平面的坡向为：该回流管道43靠近分离容器20的部分管道为沿水平面向上倾斜(即，回流管道43靠近分离容器20的部分管道朝向回气的方向向上倾斜)，以便于比重较小的气体能够向上输送回分离容器20内该回流管道43远离分离容器20的部分管道为沿水平面向下倾斜，以便于比重较重的液体能够向下输送至油冷却器40内。

进一步地，热虹吸油冷却系统100还包括连接管道60，该连接管道60的两端分别连接油冷管道41及回流管道43，以将油冷管道41及回流管道43连接起来。优选地，该连接管道60与油冷管道41及回流管道43均连通设置，当分离容器20内的制冷剂及部分气体经由油冷管道41输送至油冷却器40时，该部分气体能够经由连接管道60输送至回流管道43内，并经由回流管道43输送至分离容器20内再次进行分离。

进一步地，该油冷却器40上设置有气体出口(未标示)，该气体出口通过回气管道44连接至该回流管道43，以使油冷却器40内的气体经由回气管道44向回流管道43内输送，并经由该回流管道43输送至分离容器20内，以使该分离容器20将该气体输送回冷凝器30内进行冷凝成液体，从而再次循环使用。

进一步地，为了便于该进液管道42及回气管道44的选用，该进液管道42及回气管道44的管道直径均满足以下公式：

D＝[n₁×(m_油流量)^k×n₂]； (公式5)

其中，n₁为制冷剂在工作温度下产生的流动常数，M_油流量为进液管道或回气管道中的制冷剂在工作温度下的流量，k为常量，n₂为单位换算常量。

在上述公式5中，该m_油流量满足以下公式：

m_油流量＝n₃×m_蒸发 (公式6)

其中，n₃为常数，m_蒸发为蒸发速率。优选地，该n₃的取值通常为压缩机10消耗一个单位的制冷剂，则该油冷却器40向该压缩机10输送预设个单位的制冷剂，该预设个单位的制冷剂可为两个单位、三个单位、四个单位或者更多个单位等。即，该n₃的取值通常为2、3、4、5等。

通过n₃的取值，然后再将上述公式2代入公式6中，即可计算m_油流量，将计算后的m_油流量的取值代入公式5中，即可计算出该进液管道42或者是回气管道44的管道直径。

进一步地，在需要计算进液管道42的管道直径时，可预先确定好选用的制冷剂，该制冷剂可选用氨制冷剂或者氟利昂制冷剂，当选用不同的制冷剂时，该流动常数n₁的值不同。即，当制冷剂为氨时，该流动常数n₁的值为第一预设值；当该制冷剂为氟利昂时，该流动常数n₁的值为第二预设值，且该第二预设值的值不同于该第一预设值。

同理，当需要计算回气管道44的管道直径时，也是需要先确定好选用的制冷剂的类型，选用不同的制冷剂时，该流动常数n₁的值不同。

具体地，在计算流动常数n₁的值时，除了确定制冷剂的类型，还需要同时确定管道的压降。例如，当需要计算进液管道42的管道直径时，需先确定该进液管道42采用的制冷剂，并确定在工作温度下，该进液管道42输送该制冷剂时的压降，从而确定流动常数n₁的值。

通过上述公式5，可以方便快捷的计算出进液管道42或者是回气管道44的管道直径，从而便于进液管道42及回气管道44的选型。

在本实施例中，该热虹吸油冷却系统100还包括放油器(未标示)，该油冷却器40上设置有放油管道45，该放油管道45连接至该放油器，以将油冷却器40内的油输送至该放油器内。

具体地，本发明的热虹吸油冷却系统100在运行时的流程为：压缩机10将高温气体输送至冷凝器30内进行冷凝液化，得到制冷剂液体，该制冷剂液体经由冷凝管道31输送至分离容器20内，经由分离容器20将一部分的制冷剂液体输送至少一台油冷却器40内，以使该制冷剂液体能够对至少一台油冷却器40内的高温油进行降温，该制冷剂液体与高温油进行热量交换后变成气体经由回气管道44向回流管道43输送，并回到分离容器20内，然后再将该气体输送至压缩机10内进行高压压缩，并再次输送至冷凝器30内进行冷凝液化并再次得到制冷剂液体，以此循环。

本发明实施例提供的热虹吸油冷却系统通过设置该冷凝器与分离容器之间在安装时具有第一高度差，并使得第一高度差满足其取值条件，然后设置油冷却器与虹吸桶之间在安装时具有第二高度差，并使得第二高度差也满足其取值条件，从而确保冷凝器与分离容器之间以及油冷却器与分离容器之间的安装高度差能够满足该油冷却器的冷却效果，确保该冷凝器与分离容器之间具有一个合理的安装位置，及分离容器与油冷却器之间具有一个合理的安装位置而使得该油冷却器具有良好的冷却效果，保证整个热虹吸油冷却系统的安全运行。

以上对本发明实施例公开的热虹吸油冷却系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的热虹吸油冷却系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。