专利名称：螺杆式压缩机致冷装置的润滑油回收与润滑系统的制作方法
背景技术：
本申请涉及致冷压缩机的润滑油回收和保证高粘油的实用和有效方法。
在先有技术中，致冷循环通常包括将压缩的致冷剂输送给冷凝器的压缩机。致冷剂从冷凝器传送到膨胀阀，然后到达蒸发器。此致冷剂由蒸发器返回压缩机以进行压缩。
上述压缩机通常例如润滑油那样的润滑剂用以润滑轴承和其他运转面。这种润滑油混合有致冷剂，使得离开压缩机的致冷剂包括相当数量的润滑油。这多少是不希望有的现象，因为上述闭式致冷系统中有时变得难以保持有适量的润滑剂供应来润滑压缩机表面。过去是在压缩机的下游立即应用润滑油分离器。这类润滑油分离器虽可分离润滑油，但它们不能始终有完全令人满意的结果。例如从这种分离器分离出来的润滑油处在高压下，从而可能会有显著量的致冷剂仍混合于润滑油中。这样就降低了润滑油的粘度。分离器的应用也会导致压缩的致冷剂产生压力降，而这同样是不理想的。
还采用过电加热器来从润滑油中汽化液态致冷剂。但是电加热器的应用需要消耗能量，而这在一定程度上也是非所希望的。
在提出过的某些系统中，润滑剂和润滑油的混合物与浓缩器或汽化器接触，以从润滑油中蒸发掉液态致冷剂。在已提出的系统中，离开冷凝器的液态致冷剂的一部分通过浓缩器而同组合的液态致冷剂/润滑油混合物形成传热关系。此来自冷凝器的致冷剂会导致液态致冷剂蒸发，并从组合的液态致冷剂/润滑油混合物“沸腾”掉。
上述系统由于依赖于从适合绝大部分液体的冷凝器排出的致冷剂，故不如应有的那样有效。这样，在浓缩器中发生的冷却便为敏感冷却(非相变冷却)。于是较热的致冷剂/润滑油混合物的温度便趋近于由冷凝器排出的“冷的”致冷剂的温度。其结果是降低了这种热交换器的平均温度，因而不能使致冷剂/润滑油混合物有效地沸腾。
发明内容
在本发明的公开的实施形式中。压缩的气态致冷剂最好从冷凝器的上游排出并进入油液回收汽化器。本发明最好体现于螺杆式压缩机中。这里的致冷剂的温度比先有技术中的高得多，因而可有效地使致冷剂从液态致冷剂/润滑油混合物中汽化。此外，由于致冷剂一般为气态的，故可利用冷凝潜热以在热源与致冷剂/润滑油混合物之间提供较大的平均温差。换言之，此压缩气体是在汽化器中从气态冷凝成液态，不是恰好冷却到较低温度以提取热量，而是在接近恒温下冷凝。最好在此汽化器下游的回流管线中安置用于该排出的致冷剂的“节流孔板”或其他流量控制装置。此节流孔板在排出的致冷剂流过汽化器时产生基本恒定的压力。因而在热源排出的致冷剂与润滑油/致冷剂混合物之间形成了较高的平均温度差。于是本方法更有效地蒸发出致冷剂。所排出的压缩气体的潜热容量比先有技术情形下在液态下致冷剂的敏感冷却所能得到的要高1到2个数量级。与冷凝相关的传热系数要比与敏感(无相变)冷却相关的传热系数高得多。因此，本发明在从上述混合物中蒸发掉多余的致冷剂时要有效得多。对于这一特点应该指出，虽然所排出的致冷剂最好含有尽可能高百分比的气体，但总还有可能会夹杂某些液体。因此，当本申请中提到排出的压缩气体时，应该理解，所排出的致冷剂不需要全为气体。
在一优选实施例中，此致冷剂是在紧接压缩机的下游处排出。在第二实施例中，此致冷剂则是排出到螺杆式压缩机的最后一个压缩室或封闭的叶瓣之中。
至少是在某些可能的实施例中，致冷剂只要是从其在冷凝器中仍处于压缩压力下的一处排出且仍具有很高的气体百分比，它就能从冷凝器流出。在上述任何一个实施例中，所排出的致冷剂在汽化器内实质上与致冷剂/润滑油混合物分离开。
为了提供另外的热量来蒸发掉一部分致冷剂，将输送给压缩机轴承的润滑油在此压缩机中加热，并直接返回到润滑油槽，以进一步蒸发掉致冷剂。此润滑油在进入轴承之前通过节流孔板，在该处润滑油被减压。此过程导致与润滑油混合物液态致冷剂的一部分快速蒸发成气态，进一步提高了输送给轴承的润滑油的粘度。此润滑油在其冷却轴承的过程中被加热，变热了的润滑油则用来进一步蒸发掉致冷剂。从上述油槽中取出润滑油并返回到压缩机中用于润滑压缩机表面。
上面概述的基本系统优于先有技术之处在于分离出来的润滑油是处在与蒸发器相关的低压力下。低压力下的润滑油/致冷剂混合物一般要比应用分离器的已有系统中的混合物有较高的粘度。在这种已有系统中，润滑油是在高压下，此外，应用压缩机中加热了的致冷剂气体与先有技术相比，能更有效地蒸发掉致冷剂。
在本发明的另一些特点中，在从蒸发器引出的管线上装有节流器或阀，以控制送入蒸馏器或蒸发器内的流态致冷剂/润滑油的流量。此外还可以有许多来自蒸发器的独立控制的管线，以控制混合流。
本发明的上述和其他特点可以从以下的说明及附图中获得最好的理解，下面是附图的简述。
附图简要说明
图1是本发明的系统的示意图。
图2是图1系统中的第二实施例的示图。
图3示出另一实施例。
图4是沿图3中4-4线的剖视图。
图5示明又一实施例。
图6示出再一实施例。
优选实施例的详细说明图1示明包括有压缩机22的致冷系统20。虽然本发明在某些方面同样有利于其他类型的压缩机，但特别有利于螺杆式压缩机。
众所周知，浸没式蒸发器24经通道26将致冷剂输送给压缩机22，致冷剂从压缩机22通过管线25到冷凝器30。压缩的气态致冷剂在冷凝器中冷却，转变为液相，在其通向蒸发器24的途中经过一膨胀阀(未图示)。在蒸发器24中，由其中的致冷剂冷却将要进行冷却的环境。如所示，液态致冷剂32通常会从蒸发器24的致冷剂中沉淀出来。
一般，致冷剂的最理想的粘度范围可随特定的压缩机而变化，本领域普通技术人员会知道这点，在致冷剂R-134a与220加重POE润滑油的情况下，当致冷剂与润滑油混合物的温度约比对应于混合物压力的致冷剂饱和温度高40°F时，则会出现峰值粘度。
同样周知是将一般为润滑油的润滑剂供给压缩机22。这种润滑油是与致冷剂相混合，使得蒸发器24中的液态致冷剂32包括大量的润滑油。本发明有助于将这种液态致冷剂与润滑油分离，使得返回到油槽48中的润滑油几乎没有致冷剂。这样就提高了润滑油的粘度，使之更有利于润滑压缩机的表面。
为此目的，回流管线34将此混合物32通入蒸馏器或汽化器38。阀或节流器36控制来自管线34的流量。由一简单的节流器可计量返回到蒸发器的流量，同时截流阀使控制器200能对该流动进行通或断控制。
此控制器200还可控制辅助开关134与阀136。阀36与136可以根据蒸发器24内混合物32的体积与汽化器38的容器顺次打开，以处理和蒸发液态致冷剂。虽然图中示明了两个支管与两个阀，但根据本发明的原理甚至可以设置更多的支管与阀。
上述汽化器内的管线40从支管42接收热的压缩的气态致冷剂。一般，此汽化器是一种热交换器，其具有将热的排出的致冷剂与致冷剂/润滑油混合物物理分离的部件。图中示意表明的管线40实际上最好是多根增强的热交换铜管。或者，这种汽化器可以取其他形式的热交换器，例如铜焊板式或管式热交换器。某些实施形式示明于下。一般，排出的致冷剂被冷却并冷凝成液态，并从通过管线34供给到在汽化器38内的混合物中使液态致冷剂蒸发。在汽化器中处于蒸发器压力下的致冷剂/润滑油保证了此混合物的温度低于用作热源的压缩气体的温度。致冷剂经回流管线44返回到汽化器38下游的混合物32中。节流孔或其他的限流装置300位于此回流管线44上，以确保在整个汽化器冷凝过程中所排出的致冷剂有接近恒定的压力和较低的温度。如图1所示，支管42分接在冷凝器的上游，因此致冷剂较热，而与先有技术的相比尤其要热。汽化器中与通过管线40的热致冷剂接触的混合物，促使致冷剂从混合物中蒸发出并经管线43返回到通向压缩机的管线26。管线43还起到通风管的作用，确保汽化器中致冷剂/润滑油处于蒸发器压力下。汽化器中致冷剂/润滑油处于蒸发器压力下时便保证了此混合物的温度低于用作热源的压缩气体的温度。此润滑油通过管线46返回到油槽48。润滑油从油槽48经管线50到达油泵52，并经管线54返回压缩机。润滑了压缩机(未图示)内表面的润滑油经润滑剂回流管线56返回到油槽48。返回的润滑油在润滑了压缩机的工作面后较热。此热的润滑油再用来蒸发掉来自槽48中的润滑油的附加致冷剂。这就是说，蒸馏器38将用来去除大量的液体致冷剂，但返回的热的润滑油56则将从油槽48中去除甚至更多的致冷剂，所除去的液态致冷剂将通过管线58返回到管线43与管线26内。
本发明在先有技术的基础上进行了改进，即利用热得多的致冷剂从流体致冷剂/润滑油的混合物中蒸发掉液态致冷剂。这样，与先有技术相比，就能更有效地将这种液态致冷剂除去。
图2示明了另一种实施例，其中将支管60插装到螺杆式压缩机22的最后一个封闭叶瓣(lobe)62中。这就是说，排出到蒸发器38内的致冷剂在此实际上是取自压缩室的。压缩室在绝大多数作业条件下则是处于特别热的位置。上述排液作业的一种理想应用公开于与本申请同日申请的共同未决的美国专利申请No.10/306326中。题目为“Alternate Flow of Discharge Gas to a Vaporizer for a ScrewCompressor”。
图3示明了又一实施例300。排出的致冷剂经通道102穿过汽化器管104。液态致冷剂/润滑油混合液经通道106进入汽化器104。此汽化器的一端110可让润滑油进入环绕汽化器104的油槽112内。回流润滑油管线114通入油泵。分离出来的液态致冷剂通过管线108返回到压缩机的进气管。
另有一实施例120示明于图5。图5在绝大多数方面类似于图3，但在汽化器124的底部形成一润滑油通道128，同时设有一排气通道132穿过上述油槽的外壁122。还形成有通过此油槽的通道134以使更多的分离出的致冷剂回流。此外，这种液态致冷剂/润滑油经通道130进入汽化器124。加热了的压缩的致冷剂通过管线126，而分离出的润滑油通过管线136返回油泵。
还可以设置一与此汽化器相关联的电加热器，以便如本申请中所述，在加热好的致冷剂的正常使用被切断或因其他某种原因供应不充分时来汽化液体致冷剂。
尽管上述几个最佳实施例示明了在冷凝器上游的排液，但也能从冷凝器的起始部分排送出热的气态的压缩致冷剂。图6概示了冷凝器30接收来自压缩机的压缩致冷剂28，它具有的支管310位于起始段，在该起始段可能有大量的气态压缩的致冷剂可以利用。本领域普通技术人员将可知道如何从冷凝器30的起始点处获取这种气态致冷剂。
虽然在上面公开了本发明的几个优选实施例，但是本领域普通技术人员可以认识到，在本发明的范围内可作出很多变型。为此应研究所附的权利要求书以确定本发明的实际范围与容。
权利要求
1.一致冷循环，它包括用于从蒸发器接收致冷剂、压缩此致冷剂并将此致冷剂送至冷凝器的致冷压缩机；供给于此压缩机的润滑剂；从上述蒸发器将液体致冷剂/润滑剂混合物排入汽化器内的通道；从所述冷凝器的上游处将压缩的致冷剂排入所述汽化器的支管，上述压缩的致冷剂加热上述组合的液体致冷剂/润滑剂混合物，并从此混合物中蒸发掉液态致冷剂。
2.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，有两个通道将组合的液体致冷剂/润滑剂混合物送给所述汽化器。
3.如权利要求2所述的制冷循环，其特征在于，在所述至少两个通道上都设有可选择性控制的阀。
4.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，在从所述蒸发器通向所述汽化器的通道上设有节流器。
5.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述压缩的致冷剂是在上述压缩机与冷凝器之间的一个位置处排出。
6.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，上述排出的致冷剂是从压缩机压缩室内的一个位置处排出。
7.如权利要求6所述的制冷循环，其特征在于，所述压缩机是螺杆式压缩机，而所述致冷剂是从此螺杆式压缩机的最后一个封闭叶瓣中排出。
8.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述润滑剂是从油槽输送到所述压缩机，并在较高温度下从此压缩机返回所述油槽。
9.如权利要求8所述的制冷循环，其特征在于，所述返回的润滑剂促使更多的致冷剂从上述液体致冷剂/润滑剂混合物中蒸发出，而从所述油槽蒸发出的致冷剂则返回到所述压缩机的进口管线。
10.如权利要求9所述的制冷循环，其特征在于，所述蒸发出的致冷剂返回到上述压缩机的进口管线，而用于回流此蒸发出的致冷剂的管线则起到通风管的作用，以确保所述汽化器接收上述致冷剂/润滑油混合物这部分基本上处于蒸发器压力下。
11.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述输送给此压缩机的润滑油是从油槽输送出，而来自所述汽化器的润滑剂则输送到此油槽内。
12.如权利要求11所述的制冷循环，其特征在于，上述油槽环绕所述汽化器。
13.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，设有用于上述排出的致冷剂的回流管线，用于将所述排出的致冷剂回流至致冷剂流动管线，而在所述汽化器的下游处，此回流管线包括一流体流动控制部件，确保通过此汽化器的所述排出的致冷剂的压力基本恒定。
14.如权利要求8所述的制冷循环，其特征在于，有两个用来将此液体致冷剂/润滑剂混合物通到所述汽化器的通道。
15.如权利要求14所述的制冷循环，其特征在于，在所述至少两条通道上分别设有可选择控制的阀。
16.如权利要求8所述的制冷循环，其特征在于，在从所述从上述蒸发器到上述汽化器的通道上设有节流器。
17.如权利要求8所述的制冷循环，其特征在于，所述排出的致冷剂是从压缩机压缩室中一个位置处排出。
18.如权利要求8所述的制冷循环，其特征在于，所述压缩机是螺杆式压缩机，而所述致冷剂是从所述螺杆式压缩机的最后一个封闭的压缩室中排出。
全文摘要
用于从来自蒸发器(24)排出的组合的液体致冷剂/润滑剂混合物(32)中蒸发掉液态致冷剂的汽化器(38)，利用了从冷凝器上游处支管(42)排出的热的压缩气态的致冷剂。在一优选实施例中，致冷剂是从压缩机的压缩室(62)排出，此热的致冷剂有效地蒸发掉该混合物(32)中的液态致冷剂，确保了润滑剂有高粘度。本发明的另一特征是设有从压缩机(22)通入油槽(48)内的润滑剂的回流管线(56)，以进一步蒸发掉液态致冷剂。
文档编号F25B1/04GK1692262SQ200380100283
公开日2005年11月2日 申请日期2003年11月24日 优先权日2002年11月27日
发明者E·A·许尼格尔, N·汤普森, J·A·卡特拉姆博恩 申请人:开利公司