专利名称：有润滑油储存部分的吸入侧蓄液器的制作方法
在暂时休止的空调、热泵或制冷系统中，制冷剂往往会冷凝和聚集在系统的冷的部位和/或下部。在循环停止的过程中许多系统所遇到的室内和室外温度的范围内，压缩机在有些时候往往是系统的最冷部分。结果，相当多的液体制冷剂聚集在压缩机的吸入侧和排放侧部分，这就有可能通过几种途经降低压缩机的可靠性。
聚集在压缩机油槽中的液体制冷剂会稀释润滑油，从而，当压缩机启动时，会降低润滑油对压缩机轴承和其它活动部件的润滑能力。冷凝在压缩机吸入侧的液体在启动时可能会被抽到压缩机构中，冲掉通常在活动部件上润滑油膜。冷凝在吸入侧的液体还可能在启动时被直接或间接送到压缩机的油槽，由此会稀释油，也就有可能出现上述的情况。
由于制冷剂和许多与制冷剂一起使用的润滑剂之间的亲和力，即使在压缩机不比系统中其它部分冷的时候，制冷剂也可能迁移到和溶解在油中，由此促使油稀释，随之而来的是润滑能力的下降。这种现象使润滑油的加载量与制冷剂的加载量之间维持一个最小的比例是很有必要的，这样将有助于确保润滑油即使在被稀释得最严重的状态下也具有充分的润滑质量。对于使用目前所能买到的制冷剂和润滑油的许多系统的启动瞬时来说，实验和现场经验表明的一个大概的指导原则是，润滑油加载量应该至少是制冷剂加载量的30至40％左右。
为了缓解这些问题，有许多设计方案可以采用，其中之一是制冷剂蓄液器。制冷剂蓄液器通常用来将液体制冷剂聚集在压缩机的吸入侧，然后在启动时调节它流到压缩机的压缩机构和/或油槽的流速。典型的蓄液器由输入管道、存储液体的容积、一为制冷剂气体进入压缩机构或油槽提供通道的吸入侧供给管道和一迂回的流动路径所组成。迂回的流动路径介于输入管道与吸入侧供给管道的入口之间，使通过输入管道进入的液体制冷剂离开吸入侧供给管道入口，借助重力的作用转向进入存储容积中。迂回的流动路径往往是用一阻挡层形成的，阻挡层上具有与吸入侧供给管道的入口在垂直方向不对齐的、可使制冷剂流过的诸孔或通道。不用阻挡层的其它结构也可以使用，诸如，与输入管道和吸入侧供给管道入口在垂直方向不对齐的结构。
启动时，由压缩机构的作用引起的低压会使驻留在液体存储容积中的液体制冷剂蒸发，并通过吸入侧供给管道将蒸气抽向压缩机构。以这种方式将液体制冷剂转变为蒸气有助于避免冲掉油膜和/或稀释油槽中的润滑油，否则，如果允许液体制冷剂直接进入压缩机构或油槽的话，冲掉油膜和/或稀释油槽中的油的现象就有可能发生。
事实上，仍然有少量的液体通过一个或多个位于吸入侧供给管道内和使其通道与存储容积相连的“排放孔”(bleed hole)或限流孔(metering hole)进入压缩机构和/或油槽。为了避免随着制冷剂通常通过系统循环的少量润滑油的积聚，有一个限流孔是必要的。当润滑油通过连接蒸发器和蓄液器的管道到达蓄液器的输入管道时，润滑油可以具有多种形式。润滑油可以是内壁上的薄膜被制冷剂蒸气流推动而随着向前流动。润滑油还可以以与液体制冷剂的混合物或溶液到达。某些润滑油还可以作为薄雾被携带在制冷剂蒸气中。用来将液体制冷剂转移到存储容积中的迂回路径也可以用来将润滑油转移到存储容积中。此外，当润滑油作为被携带在制冷剂蒸气中的薄雾进入蓄液器时，迂回路径要求改变流动的速度和方向，并可能增强流动流与蓄液器的部分固体内表面的冲击。这样会使携带在流动制冷剂蒸气中的润滑油的一部分分离出来，分离出来的润滑油由于重力的作用而流向和聚集在蓄液器的底部。
在一个限流孔都没有的情况下，时间长了，蓄液器存储容积中就会充满分离出来的油。由于蓄液器存储容积一般是油槽容积的相当大的部分，有时并可超过油槽容积，所以压缩机油槽油位的下降极有可能造成由于失去润滑作用而导致机器的失效。为了使被阻止回到压缩机油槽的剩余润滑油的量达到最少，传统的做法是在蓄液器的存储容积底部附近设置至少一个限流孔。在使用一种不能混合或只能部分混合的润滑油的情况下，诸限流孔设置在沿蓄液器的吸入侧供给管道的几个高度上。这样，浮在液体制冷剂顶部的润滑油或润滑油和制冷剂的富油混合物可以供应到吸入侧供给管道。在这些情况下，仍至少有一个限流孔处在存储容积底部的附近，以使当没有液体制冷剂时可能截留在蓄液器中的剩余油的量达到最少。传统蓄液器中的限流孔的实际最低位置是由制造工艺和组装公差所决定的。一般而言，限流孔可这样设置，即对于最差的组装情况，被截留的残留液体的容积可以是在一小蓄液器中的一流体盎司的一部分至一大蓄液器中的一流体盎司(30cc)左右那么多。在传统的蓄液器中，被截留的残留液体的容积在蓄液器液体存储容积的百分之几的数量级至(在极端情况下)高达10％左右。
当存储容积含有液体制冷剂时，限流孔允许液体制冷剂以及润滑油流入吸入侧供给管道。只要限流孔尺寸恰当，进入蓄液器的液体制冷剂不超过其存储能力，蓄液器仍然是有效的。如果限流孔太大，那么，在伴随着液体制冷剂进入蓄液器的运行过程中，限流进入吸入侧供给管道的液体制冷剂的流速可能超过可靠运行所要求的速度。相对于系统制冷剂的加载量而言，如果限流孔太小或蓄液器存储能力太小，那么液体制冷剂可能从吸入侧供给管道的入口溢流。如果这种现象发生了，流到压缩机构和/或油槽的液体速度可能大大增加。由于这种液体主要是液体制冷剂，所以可能会导致冲掉活动部件上的油膜和/或稀释油槽中的润滑油。
如上所述，另一个有效的和可用的手段是将压缩机油槽设计成使润滑油的量保持在至少是系统制冷剂加载量的30至40％左右，或者更大些。但是，系统设计的趋势使增加润滑油的难度和成本不断上升。因为消费者的选择愈来愈倾向于具有较长的制冷剂连接管线和用一个室外机和压缩机驱动的多个室内机。这两种趋势都导致系统的制冷剂加载量的增加。
重新设计压缩机外壳以增加油槽容积会增加成本，尤其是这些增加可能会超过现有主要设备的能力下。简单地将润滑油加到压缩机中，而不改变它们的油槽的容积，也是不可取的。由此造成的润滑油的增加由于活动部件的冲击或携带在排放的气体中而使润滑油循环速度增加。润滑油循环速度的增加又降低了传热表面的性能，由此损失了系统效率。如果能以有效的成本-效益的方式在压缩机的制冷剂可以进出的部分增加附加油的存储量，系统的润滑油与制冷剂之比就可以在不增加油槽存储容量的情况下得以增加。此外，如果能够在吸入侧蓄液器中提供这种附加油的存储量，那么在液体制冷剂原本要送到压缩机的那些时间中，就会输送润滑能力比液体制冷剂强得多的液体制冷剂和润滑油的混合物。在润滑油以这种方法离开蓄液器之后，随后的正常运行过程中将允许吸入侧蓄液器中固有的分离液体的机制能补偿存储在蓄液器中的润滑油，由此存储在蓄液器中的附加的油在系统的使用寿命中能重复完成其功能。
本发明增加了空调、热泵或制冷系统中的润滑油量，办法是增加在吸入侧蓄液器中的残留液体存储容积，和提供附加的润滑油的加载量以供给一部分增加的残留液体存储容积。这是通过提高位于吸入侧供给管道上的限流孔，使限流孔不再在液体存储容积底部附近来实现的。如果需要维持能够保持液体制冷剂的同样的存储容积，那么蓄液器的总的存储容积也可增加一与残留液体存储容积的增加相对应的量。
本发明的一个目的是将润滑油加到一系统中，但油又不象通常那样留在装有压缩机的电动机和泵组机的压缩机外壳中。
本发明的另一个目的是增加制冷、空调或热泵系统中的润滑油与制冷剂之比。
本发明的又一个目的是提高从吸入侧蓄液器加入压缩机的大部分是制冷剂的液体的润滑质量。将在下面变得清楚的这些目的和其它的目的通过本发明得以实现。
基本上，具有一带有吸入侧蓄液器的压缩机系统中的总的油的加载是通过把蓄液器吸入侧供给管道中的最低限流孔的位置升高和将附加的润滑油注入一部分增加的残留液体存储容积而实现的。这种附加油可直接加入蓄液器或压缩机的油槽中。如果油加到油槽，在压缩机工作一段时间之后，由于上述的蓄液器分离油的倾向，油最终将注入蓄液器的残留液体存储容积的一部分中。如果希望不牺牲能够存储液体制冷剂的容积，那么，总的蓄液器存储容积可通过提高最低限流孔和增加附加油而使之增加。
图1是位于示意性示出的制冷、空调或热泵系统中的本发明蓄液器的剖视图；以及图2是现有技术的蓄液器。
在图1中，编号12总的表示在闭路的制冷、空调或热泵系统10中的一密封压缩机。从压缩机12开始，系统10依次包括压缩机12、冷凝器14、膨胀装置16、蒸发器18和蓄液器20。
在系统10的运行过程中，带有少量润滑油的从压缩机12出来的高压热制冷剂气体供应到冷凝器14，在那儿制冷剂气体冷凝成供应给膨胀装置16的液体。液体制冷剂中带有润滑油。膨胀装置16使压力下降，并使所通过的液体制冷剂部分闪蒸。供应到蒸发器18的部分或全部液体制冷剂被蒸发。气体制冷剂连同液体制冷剂和润滑油通过输入管道19供应到蓄液器20。在蓄液器20中，通过由相对于吸入侧供给管道24的入口24-2的阻挡层28中的诸通道孔28-1的位置所形成的迂回路径和借助于重力，液体制冷剂、油和携带在气体制冷剂中的油薄雾的一部分与气体制冷剂分离，转向移到在残留液体的存储容积22-5之上的蓄液器的液体存储容积22-4中。气体制冷剂则通过入口24-2进入吸入侧供给管道24，随后到压缩机12而完成循环。如传统的那样，被分离的油或被分离的油和液体制冷剂的混合物或溶液以被限流的方式供应到压缩机12，只要在蓄液器20中的被分离的液体的高度高到吸入侧供给管道24中限流孔24-1或在其之上，但在吸入侧供给管道24的入口24-2之下就可以。
在系统10不工作，同时压缩机12的温度低于冷凝器14的温度的时候，制冷剂将从冷凝器14迁移到压缩机12并冷凝，而且由于重力作用聚集在能够接触到或接近来自冷凝器14的制冷剂流的压缩机的最下部。
在系统10不工作，同时蓄液器20的温度低于蒸发器18的温度的时候，制冷剂将从蒸发器18迁移到蓄液器20并冷凝，而且由于重力作用聚集在蓄液器的存储容积22-4中，并与在残留液体的存储容积22-5中的油和制冷剂混合。
在系统10不工作的时候，由于所用的油对所用的制冷剂具有亲和力，所以制冷剂将从冷凝器14和/或蒸发器18迁移并与制冷剂流能接触到的油形成溶液，诸如包含在压缩机12和/或蓄液器20的残留液体的存储容积22-5和蓄液器液体存储容积22-4中的那些。
蓄液器20的外壳22可由能适当密封在一起的一上壳体22-1和下壳体22-2所组成，或可通过诸如旋转成形等的任何合适方法构成一个整体。输入管道19密封地固定于外壳22，并且流体可流动地连接于蒸发器18。吸入侧供给管道24密封地容纳在外壳22中，并延伸到外壳22的内部。一最低的限流孔24-1形成在吸入侧供给管道24中，构成了一个被蓄液器外壳22的穿过最低限流孔24-1的水平面之下的内表面部分和吸入侧供给管道24的在同一水平面之下的外表面部分所形成的残留液体存储容积22-5。一液体存储容积22-4在残留液体存储容积22-5之上，并由一位于吸入侧供给管道24的入口24-2的横截面的水平面和穿过最低限流孔24-1的水平面、和位于该两平面之间的外壳22的内表面和吸入侧供给管道22的外表面所形成。
最低限流孔的直径最好是在0.02至0.06英寸(0.6至1.5毫米)的范围内。最低限流孔24-1垂直位于吸入侧供给管道24上，以使由此形成的残留液体存储容积22-5是液体存储容积22-4和残留液体存储容积22-5加在一起的总容积的20至50％，最佳的百分比是33％左右。换一个说法，最低限流孔24-1垂直地位于吸入侧供给管道24上，使得由此形成的残留液体存储容积22-5的体积是由此形成的液体存储容积22-4的25至100％，而50％是最佳百分比。
注入残留液体存储容积22-5的一部分的附加油量取决于油和所用的制冷剂的溶解特性。对于诸如烷基苯油和R22、多醇酯(polyolester)油和R410A以及聚乙烯醚油和R404A或R407C或R410A的较佳的油和制冷剂的组合，一般要加上等于残留液体存储容积22-5的40至60％的油的容积。
现在参阅图2，在图中示出的一已有技术的蓄液器120中，最低限流孔124-1的部位不同本发明的蓄液器20，而其余部分则与本发明的蓄液器20相同。但是，在图中，蓄液器120的所有的对应部件的编号都比蓄液器20的那些部件大100。已有技术的最低限流孔124-1的部位是这样的，即蓄液器120中的残留液体只占一个较小的百分比数量级，即小于蓄液器液体存储容积和残留液体存储容积加在一起的总容积的10％。
在分别具有蓄液器20和120的系统运行时，残留液体50和150分别是对应于限流孔24-1和124-1的高度的油、或由于它们的亲和力而形成的油和液体制冷剂的溶液。当系统10关掉时，在某些时候，蓄液器20和120和液体50和150可能冷却到蒸发器18的温度或在此温度之下。由于这种温度的差异，制冷剂将从蒸发器18迁移并在较冷的部位冷凝。分别在蓄液器20和120中冷凝的制冷剂将由于重力的作用而落下，从而分别稀释油或油-制冷剂溶液50和150。即使以这种方法冷凝在蓄液器120中的制冷剂只填充蓄液器存储容积122-4的50％或以上，由存储容积122-4中的这种液体制冷剂与残留液体存储容积122-5中的残留液体150混合而成的混合物或溶液只含有百分比很低的油。它主要是制冷剂。但是，如果以这种方法冷凝在本发明的蓄液器20的制冷剂填充其蓄液器存储容积22-4中的50％或以上，由存储容积22-4中的这种液体制冷剂与残留液体存储容积22-5中的残留液体50混合而成的混合物或溶液将含有百分比较大的油。对于同样数量的冷凝在蓄液器20和120的并与包含在其中的剩余油混合的液体制冷剂，蓄液器20中的最终液体中的油的比例大约比蓄液器120中的最终液体中的油的百分比大十五倍。
系统10空运转之后，制冷剂分别回到蓄液器20和120，启动时，蓄液器120通过限流孔124-1并有可能通过吸入侧供给管道入口124-2的溢流主要是将制冷剂送到压缩机12。但蓄液器20将通过限流孔24-1并有可能通过吸入侧供给管道入口24-2的溢流将相对来说较多的富油液体送到压缩机12中。
如果由于在系统10空运转的过程中制冷剂迁移而出现了一注满的压缩机油槽，在启动时，油可能被携带在离开压缩机的液体制冷剂中并被带出油槽。在这种情况下，蓄液器120所送的液体主要是液体制冷剂，并且只会使更多的油被带出油槽。但是，由蓄液器20供应到压缩机的富油液体将至少取代部分被带出压缩机的油。当系统10运行时，带出油槽的油将通过冷凝器14、膨胀装置16、蒸发器18，最终到达蓄液器20，蓄液器20中所固有的分离液体的机制将会将油转移到残留液体存储容积22-5中，由此在启动的时候取代离开蓄液器中的油。
在具有油和溶在油中的制冷剂的正常运行中，残留液体50将由油和制冷剂的溶液所组成。如果油和制冷剂的可溶性特征取决于温度和/或压力(一般都是如此)，那么在残留液体50中的油的百分比将根据蓄液器20中的运行温度和/或压力而改变。在某些压力和温度条件下，部分加入残留液体存储容积22-5的一些附加油可被溶解在油中的制冷剂所排出。以这种方法排出残留液体存储容积22-5的油随后驻留在系统10的诸如压缩机油槽的其它部分。在稍后的额定条件下的运行过程中，即在选择了部分加到残留液体存储容积22-5的油的体积的情况下被排出的油最终被带出油槽，通过冷凝器14、膨胀装置16、蒸发器18最终到达蓄液器20，在蓄液器20中所固有的液体分离机制将会把油转移到残留液体存储容积22-5中。以这个方式，部分充填残留液体存储容积22-5中附加油将正确定位，以在系统使用过程中重复完成其功能。
权利要求
1．在一闭路的制冷系统(10)中，含有形成溶液的制冷剂和油，并依次包括一压缩机(12)、一冷凝器(14)、一膨胀装置(16)、一蒸发器(18)和一吸入侧蓄液器(20)，所述吸入侧蓄液器包括一外壳；连接于所述蒸发器以将所述制冷剂和油垂直往下供应到所述外壳内的装置(19)；一在所述外壳中的流体连通地连接于所述压缩机和具有一在所述壳体内朝上延伸的敞开端(24-2)的吸入侧供给管道(24)；一位于所述外壳中的容积(22-4)，并具有一由所述敞开端所限定的上限，其特征在于，一最低限流孔(24-1)位于垂直延伸的所述吸入侧供给管道中，以使在所述最低限流孔下面至少占有所述容积的20％，所述蓄液器含有油-制冷剂溶液，其油量至少是在所述限流孔之下的所述容积的40％。
2．如权利要求1所述的吸入侧蓄液器，其特征在于，所述最低限流孔直径为0.02至0.06英寸。
全文摘要
一蓄液器的吸入侧供给管道中的最低限流孔(24－1)设置在使残留液体存储容积(22－5)至少是可用于液体存储而不会使液体溢流进吸入侧供给管道的总容积的20%。
文档编号F04B39/02GK1225443SQ9812278
公开日1999年8月11日 申请日期1998年12月4日 优先权日1997年12月5日
发明者斯蒂芬·L·肖尔德斯 申请人:运载器有限公司