制冷剂滑油系统的制作方法

本发明大体涉及压缩机系统，并且更具体地说，涉及用于制冷系统的压缩机的一个或多个部件的润滑。

制冷系统在许多应用中用来调节环境。环境的冷却或加热负荷可随着周围条件、居住水平、其他明显的和潜在的负荷需求的变化而变化，并且随着温度和/或湿度的变化而变化。

制冷系统通常包括压缩机来将压缩制冷剂递送到冷凝器。制冷剂从冷凝器行进到膨胀阀并且然后行进到蒸发器。制冷剂从蒸发器返回到压缩机以便被压缩。

压缩机通常提供有油润滑剂，油润滑剂用于润滑压缩机中的轴承、密封件和间隙。油通常与制冷剂混合并且循环穿过系统。然而，这与仅有油相比可能降低制冷剂-油混合物的粘度，并且轴承载荷能力和油密封特性两者都取决于油粘度。这样，由于低粘度，一些系统中的轴承在运行期间可能经受增加的磨损。一种利用油润滑轴承的替代方案包括使用磁性轴承，这可能是高成本的。

因此，期望提供适于制冷系统中的压缩机的改进的润滑。

发明概要

在一个实施方案中，提供一种压缩机组件。所述压缩机组件包括压缩机，其具有入口、出口以及至少一个轴承，所述压缩机被配置来压缩第一制冷剂。所述组件还包括润滑油供应管道，其流体耦接到所述压缩机并且被配置来将润滑剂供应到所述至少一个轴承。所述润滑剂是第二制冷剂。

在另一个实施方案中，提供一种制冷系统。所述制冷系统包括制冷剂回路，其具有流体耦接压缩机、冷凝器和蒸发器的制冷剂管道。所述压缩机包括至少一个轴承并且被配置来压缩第一制冷剂以便循环穿过制冷剂回路。所述系统还包括润滑剂回路，其具有流体耦接到压缩机以将润滑剂供应到至少一个轴承的润滑剂供应管道。所述润滑剂是第二制冷剂。

在又一个实施方案中，提供一种润滑被配置来压缩第一制冷剂压缩机的至少一个轴承的方法。所述方法包括：在冷却器中冷却润滑剂，其中润滑剂是具有氯和极压添加剂中的至少一者的第二制冷剂。所述方法还包括：将冷却的润滑剂供应到至少一个轴承。

附图简述

在所附权利要求书中具体指出并明确要求被认为是本发明的主题。通过以下结合附图进行的具体实施方式可明白本发明的上述和其他特征及优点，在附图中：

图1是示例性制冷系统的示意性图示；

图2是图1中示出的制冷系统的示例性压缩机的示意性图示；

图3是另一种示例性制冷系统的示意性图示；并且

图4是图3中示出的制冷系统的示例性压缩机的示意性图示。

具体实施方式

本文描述了用于润滑制冷系统中的压缩机的部件的系统和方法。第一制冷剂用在制冷剂回路中，并且第二制冷剂在润滑剂回路中用作润滑压缩机部件的润滑剂。因此，图1示出大体包括制冷剂回路12和润滑剂回路14的示例性制冷系统10。

在示例性实施方案中，制冷剂回路12包括压缩机16、冷凝器18、膨胀装置20和蒸发器22，它们由制冷剂管道24流体耦接以便使制冷剂在其中循环。如图所示，压缩机16的出口26由管道28流体耦接到冷凝器18，冷凝器18由包括膨胀装置20的管道30流体耦接到蒸发器22。蒸发器22由管道34流体耦接到压缩机入口32。分支管道36流体耦接在冷凝器18与蒸发器22之间并且包括膨胀装置38和热交换器或冷却器40。在示例性实施方案中，冷却器40是硬钎焊板式热交换器。可替代地，冷却器40可以是使得系统10能够如本文所述起作用的任何合适的热交换器。

润滑剂回路14包括泵50以通过供应管道52从贮存器54提供润滑剂，使其穿过冷却器40和过滤器56并到达压缩机16中的润滑剂入口58。回流管道60使润滑剂从压缩机润滑剂出口62、64返回到贮存器54。然而，在回路14中循环的润滑剂是第二制冷剂而不是常规油润滑剂。

在示例性实施方案中，第二制冷剂是低压型制冷剂(例如，对于典型冷凝器冷却器饱和温度来说较低的蒸气压力)。第二制冷剂包含氯，氯促进减少压缩机部件(例如，轴承)上的磨损并且为润滑系统10提供无油润滑。例如，第二制冷剂可以是1233zd(e)。然而，第二制冷剂可以是使得系统10能够如本文所述起作用的任何合适的含氯制冷剂。此外，第二制冷剂可包含极压添加剂和/或抗磨损添加剂，其可进一步增强压缩机16的边界润滑特性。极压添加剂有助于在高接触压力和温度下在部件之上形成薄膜，而抗磨损添加剂有助于在较低压力和温度下形成薄膜。在一个实施方案中，极压添加剂和/或抗磨损添加剂可包含硫和/或磷。然而，第二制冷剂可包含使得系统10能够如本文所述起作用的任何合适的极压和/或抗磨损添加剂。

图2更详细地示出压缩机16。在示例性实施方案中，压缩机16是离心式压缩机。然而，压缩机16可以是需要润滑的任何类型的压缩机，诸如螺杆压缩机。压缩机16包括第一轴承腔室66和第二轴承腔室68，它们各自包括可旋转地支撑轴72的轴承组件70。尽管压缩机16被示出为具有两个轴承组件70，但是压缩机16可具有使得压缩机16能够如本文所述起作用的任何合适数量的轴承组件和腔室。轴承腔室66、68流体耦接到润滑剂入口58和相应的润滑剂出口62、64，并且多个迷宫式密封件74将转子孔(未示出)与轴承腔室66、68密封隔离。

在示例性实施方案中，每个轴承组件70包括角接触轴承76，所述角接触轴承76之间具有滑油间隔件78。然而，轴承组件70可具有使得压缩机16能够如本文所述起作用的任何合适类型的轴承。如图2所示，供应管道52通过压缩机滑油入口58将润滑剂供应到滑油间隔件78中以润滑轴承76。

在操作中，制冷系统10在中压或高压下运行，并且使用常规的中压或高压制冷剂(例如，对于典型冷凝器冷却器饱和温度来说较高的蒸气压力，诸如1234ze，R410A)。在对应于中/高压的这种系统压力下，低压型第二制冷剂(例如，1233zd(e))处于液体形式。

第二制冷剂存储在贮存器54中，第二制冷剂由回流管线82(图1)维持在压缩机叶轮排出压力下。泵50使第二制冷剂从贮存器54循环到冷却器40，在所述冷却器40中，第二制冷剂通过与流动穿过分支管道36的降低压力的第一制冷剂进行间接热交换来低温冷却。液态第二制冷剂低温冷却至约50°F，并且在穿过过滤器56以移除微粒之后，借助于润滑剂供应管线52通过滑油入口58流进压缩机16中。

在穿过滑油入口58之后，第二制冷剂进入轴承腔室66、68并且润滑和冷却轴承76。由于包含氯、极压添加剂和/或抗磨损添加剂，第二制冷剂向轴承76提供足够的润滑。在润滑期间，来自压缩机出口26或压缩机叶轮出口(未示出)的相对高压的第一制冷剂气体77被注入到迷宫式密封件74中。此高压气体泄漏到轴承腔室66、68中并且有助于阻止第二制冷剂逸出进入压缩机16的发动机外壳75(图2)中并最终逸出到蒸发器22。在润滑轴承76之后，第一制冷剂和第二制冷剂通过润滑剂出口62、64离开压缩机16并且通过回流管道60返回到贮存器54。第一制冷剂蒸气随后通过回流管线82返回到压缩机16的入口导向叶片80的下游。

在制冷剂回路12的运行中，气态第一制冷剂通过管道34供应到压缩机入口32，其中气体在压缩机16中被压缩并且其温度和压力得到增大。气体随后通过管道28供应到冷凝器18，在所述冷凝器18中，气体被冷却并冷凝成液体。

所述液体的一部分被供应穿过分支管道36，在所述分支管道36中，所述一部分的压力由膨胀装置38减小并且所述一部分被提供到冷却器40以用于冷却第二制冷剂。第一制冷剂可通过热交换汽化并且随后被提供到蒸发器22。高压液体的另一部分被供应穿过管道30，在所述管道30中，所述另一部分的压力由膨胀装置20减小并且所述另一部分被提供到蒸发器22，在所述蒸发器22中，所述另一部分蒸发成气态第一制冷剂以便供应到压缩机16。

图3示出类似于制冷系统10的制冷系统100，并且相似的参考数字指示相似的部件。系统100类似于系统10，只是润滑剂回路14共用制冷剂回路12的一部分，使得第一制冷剂和第二制冷剂(润滑剂)在位于压缩机16与冷凝器18之间的管道24内混合。然而，第一制冷剂和第二制冷剂随后在位于冷凝器18下游的制冷剂分离装置84中分离。此外，如图所示，润滑剂回路14包括流体耦接在分离装置84与冷却器40之间的润滑剂回流管线160，而不是贮存器54、泵50和压力管线82的配置。这使得回流管道60能够将用过的第二制冷剂返回到位于入口导向叶片80下游的点以便与第一制冷剂混合。

参考图3和图4，在运行中，第二制冷剂在冷却器40中低温冷却，并且在穿过过滤器56之后，通过供应管线52供应到压缩机16。在来自压缩机出口26或者压缩机叶轮出口(未示出)的高压第一制冷气体77被注入到迷宫式密封件74和轴承腔室66、68中的同时，第二润滑剂润滑轴承76。在润滑轴承76之后，第二制冷剂离开压缩机16进入回流管道60中，在所述回流管道60中，第二制冷剂被供应到入口导向叶片80的下游。第二制冷剂与压缩的第一制冷剂混合并且通过管道28供应到冷凝器18。

制冷剂混合物随后供应到分离装置84，在所述分离装置84中，通过例如使较高密度的低压液态第二制冷剂沉降在分离装置84的底部处来将第二制冷剂与第一制冷剂分离。在装置84中分离之后，第一制冷剂的一部分通过分支管道36递送到冷却器40和蒸发器22，并且另一部分通过管道30发送到蒸发器22。第二制冷剂通过回流管线160从装置84返回到冷却器40。

一种润滑压缩机16的轴承76的方法包括：在冷却器40中低温冷却第二制冷剂并且将低温冷却的第二制冷剂供应到轴承腔室66、68以润滑轴承76。将高压压缩机排出气77供应到密封件74和腔室66、68。然后通过回流管道60将第二制冷剂返回到贮存器54或者入口导向叶片80下游。

本文描述了润滑制冷系统中的压缩机的无油系统和方法。通过将低压制冷剂用作润滑剂，不需要油润滑系统。此外，通过使用包含氯(例如，1233zd(e))和任选的极压添加剂/抗磨损添加剂的制冷剂润滑剂，大大降低了压缩机轴承的磨损。

尽管仅结合有限数量的实施方案对本发明进行了详细描述，但应易于理解，本发明不限于此类公开的实施方案。相反，可对本发明进行修改，以并入以上未描述但与本发明精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，尽管已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的各方面可仅包括所述实施方案中的一些。因此，不应认为本发明受前面的描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。