专利名称：制冷剂回路和用于管理制冷剂回路中的油的方法
技术领域：
背景技术：
制冷剂回路是已知的且广泛地引入到(例如)空调系统，制冷设备等之中。常规的制冷剂回路包括压缩机单元，压缩机单元包括了在流动方向上彼此串联的一个或多个个 体的压缩机、排热(heat rejecting)热交换器、膨胀器件和蒸发器。两级式制冷剂回路包 括两个制冷剂回路，该两个制冷剂回路在不同温度水平下工作且彼此相连接。在所谓的级 联布置中，该两个制冷剂回路彼此没有流体连接且仅彼此连接成热交换关系。在升压器布 置中，该两个不同水平的制冷剂回路彼此成流体连接，且较低的压缩机单元的出口通常处 于与较高压力的制冷剂回路的入口相同的压力水平。为了维持制冷剂回路中对构件且特别是对压力单元的润滑，润滑剂(通常为油) 以预定量混合于制冷剂。一般而言，制冷剂的大约2%分别是润滑剂和油，而其余大约98% 是实际制冷剂。为了维持对压缩机单元的正确润滑，一种油分离器通常设于离开压缩机单 元的高压管线中，且一种油液位(oil level)调节器被设置用于压缩机单元以便在一旦压 缩机中的油液位低于预定最小油液位时分别将润滑剂和油注入到压缩机单元的相应压缩 机内。在具有彼此成流体连接的两级的两级式制冷剂回路中，存在着在这两级之一中积聚 润滑剂的风险。虽然将从较高压力子回路积聚的润滑剂注入低压子回路是相对容易的，但 相反的情况，即从低压子回路向较高压力子回路内传送润滑剂需要跨越过显著的压力差。
发明内容
因此，将有益地提供用于从低压子回路向较高压力子回路传送润滑剂的装置。本发明的示范性实施例包括制冷剂回路，制冷剂回路包括低压压缩机单元和较高 压力压缩机单元，低压压缩机单元具有在低压子回路中的低压制冷剂出口，较高压力压缩 机单元具有在较高压力子回路中的较高压力制冷剂入口，其中该低压制冷剂出口与较高压 力制冷剂入口彼此成流体连接；该制冷剂回路还包括储油器，储油器由低压油入口管道连 接到低压子回路用于从那里接收油且经由止回阀连接到较高压力子回路。应当指出的是，在本说明书的情形下，术语润滑剂与油是可互换的，即术语油并不 限于在其狭隘意义上的油而是总体上也扩展到润滑剂。相应的压缩机单元可各自包括单个或多个个体的压缩机。本发明的另一示范性实施例包括一种用于管理制冷剂回路中的油的方法，制冷剂 回路包括低压压缩机单元和较高压力压缩机单元，低压压缩机单元具有在低压子回路中的 低压制冷剂出口，较高压力压缩机单元具有在较高压力子回路中的较高压力制冷剂入口， 其中该低压制冷剂出口与较高压力制冷剂入口彼此成流体连接，该方法包括以下步骤在 储油器中从低压子回路收集过量油和将储油器中的油加压用于将油传送到较高压力子回 路内。
现将在下文中参看附图更详细地描述本发明的实施例，附图中图1示出根据本发明的一实施例的制冷剂回路；图2示出根据本发明的另一实施例的制冷剂回路的部分；图3示出另一实施例；以及图4示出另一实施例。
具体实施例方式相应的实施例包括类似或相同部分和元件，且相似附图标记对应于相似或相同的特征。关于这些实施例中任何实施例作出的任何披露同样适用于其它实施例，除非这在考 虑到这些实施例之间差别的情况下在技术上是不可能的。图1示出制冷剂回路2，其包括低压子回路4和较高压力子回路6。较高压力子回 路6包括较高压力压缩机单元8，较高压力压缩机单元8具有一定数目的个体的压缩机10， 这些压缩机中的至少某些压缩机10具有共同的较高压力制冷剂入口 12。较高压力制冷剂 出口 14经由高压制冷剂管线16将压缩机单元8连接到排热热交换器18，排热热交换器18 在常规制冷剂的情况下通常被称作冷凝器且在跨临界制冷剂的情况下通常被称作气体冷 却器。虽然本发明可适用于常规制冷剂和跨临界制冷剂的情况，实施本发明的跨临界制冷 剂回路是优选的。二氧化碳是优选的跨临界制冷剂。管线20将排热热交换器18与接收器22相连接。接收器出口 24经由膨胀装置26 连接到蒸发器28。管线30将蒸发器28的输出32与中压(medium pressure)管线34相连 接，中压管线34还连接到较高压力制冷剂入口 12。中间冷却器回路36用于对离开接收器 22的制冷剂进行过冷却，如本领域中已知的那样。视情况，可提供分支管线45，其将位于膨胀装置26之前的一位置处的制冷剂管线 部分与位于低压膨胀器件44之前的一位置处(特别是在分支中压管线34与低压膨胀器件 44之间的一位置处)的管线30相连接。低压子回路4类似地包括低压压缩机单元38，低压压缩机单元38具有多个个体的 压缩机40和一个共同的低压制冷剂出口 42，在此实施例中，低压制冷剂出口 42与中压管线 34和较高压力制冷剂入口 12相同，但至少流体连接到较高压力制冷剂入口 12。低压膨胀器件44和低压蒸发器46闭合了通往低压制冷剂入口 48的低压子回路4。图1的实施例以及如本文所述的其它实施例是包括跨临界制冷剂(且特别地为 二氧化碳)的制冷剂回路2。这种类型的制冷剂回路适用于制冷设备，但本发明也可用于 其它制冷剂设备，如空调设备等。在超市制冷剂设备中，低压膨胀器件44和蒸发器46分别 提供所谓深温度冷却(de印temperature cooling)，S卩，对货物隔室内处于大约负20°C至 负25°C温度范围中的冷冻货物的冷却。另一方面，较高压力膨胀器件26和蒸发器28提供 所谓的常温冷却，这是针对于货物隔室内处于大约为0°C至正5°C的温度范围中的常规非 冷冻货物。在提供之前提到的用于低压制冷消耗器46和常压制冷消耗器28的温度的操作 模式中，在该系统中的制冷剂的温度和压力在低压制冷剂入口管线中为大约10至12巴和 负40°C至负35°C，在低压制冷剂出口 42处为大约30. 5巴和负5°C且取决于排热热交换器18的周围环境温度，在夏季操作模式中是在大约80至90巴之间和大约40°C、且在冬季操 作模式中为45巴和正10°C。较高压力油系统50使压缩机10的油槽彼此连接，以便在压缩机内提供相等的油 液位。一种类似的补偿管道52连接低压压缩机单元38的个体压缩机40。这种补偿管道 52还经由低压油入口管道54连接到储油器56。低压截止阀58布置于油入口管道54中。 储油器56借助于油排放管道60而连接到较高压力子回路6且优选地连接到较高压力制冷 剂入口 12。油排放管道60包括油排放阀62，油排放阀62优选地为止回阀62，但也可以是 截止阀。此外，压力释放装置64连接到储油器56。优选地，压力释放装置64包括释放管道 66，释放管道66将储油器56与低压部段管线48相连接且包括释放阀68。
在正常操作期间，低压排放阀58打开，而油排放阀62和释放阀68关闭。来自低 压压缩机单元38的过量油可通过低压油入口管道54流动到储油器56内。储油器56可 流体连接到低压压缩机单元38的油槽且特别地连接到压缩机40的个体油槽，从而使得油 槽与储油器56中的油液位总是齐平，如果低压排放阀56处于其打开状态。或者，可对于每 个个体压缩机40、或者整个低压压缩机单元38提供一种泄放装置(tapping means)(未图 示)用于仅泄放来自于低压压缩机单元38的过量油。在两种情况下，过量油收集于储油器 56中。一旦油已经积聚于储油器56中，低压排放阀58关闭且储油器56中的压力增加，这 例如是通过允许借助于周围条件对储油器56和其中的制冷剂及油进行加热而实现的。通 常，储油器56将在处于大致50°C温度的机房中，而取决于与低压压缩机单元38的流体交 换，储油器56中的油与制冷剂的温度将会远低于该温度。如果(例如)允许温度为大约负 30°C且压力为大约14. 3巴的二氧化碳升温至大约20°C，则储油器56内的压力将显著地增 加且将会特别地在较高压力制冷剂入口 12处具有超过大致30巴的压力且一旦油排放阀62 打开，油由于压差可被传送到管线12中的较高压力制冷剂。如果油排放阀62是止回阀，其 在(例如)压差为大约0. 07巴的情况下打开，则一旦储油器56中的压力超过较高压力制 冷剂入口 12的压力，该油排放阀62将会自动打开。或者，如果油排放阀62是截止阀，则其 可主动地被打开和关闭以用于传送油。一旦油已经被传送走，则油排放阀62自动地闭合或者将会被主动关闭且储油器 56的过压力被排放到释放阀68去往低压吸入管线48。一旦平衡了低压吸入管线48与储 油器56中的压力，则低压排放阀58可再次打开以便允许在储油器56中收集过量油。可提供传感器装置(未图示)用于检测是否已在储油器56中收集了足够的过量 油且是否控制器(未图示)可启动油传输，如先前所述的那样。也有可能提供计时器，其在 已经度过预定时间之后开始进行相对应的油传送操作。本领域的一般技术人员的平均技能 范围内，能提供必需的传感器、控制器等用于实施所描述的油传送模式中的任一种。可能存在着在储油器56的机房中的温度不足以在储集器56内产生足够压力的情 况。为了启动或加速储油器56中的压力累积，有可能在一旦低压排放阀58关闭之后打开 油排放阀62用于油传送。一旦油排放阀62打开，则来自较高压力制冷剂入口 12的较高压 力制冷剂可在大约30. 5巴的压力和大约负5°C的温度下流入到储油器56内。因此，储油 器56中的压力将会相对接近于用于传送油、且在相对较低温度下的目标压力。随后，油排 放阀62再次关闭且储油器56周围的环境空气可加热储油器56内的制冷剂和油。稍微的 温度升高已足以在储油器与较高压力制冷剂入口管线12之间提供足够压差，用以将油传送到较高压力制冷剂入口管线12。图2公开了借助于加热器70来在储油器56中产生必需压差的另一替代方案，其 中加热器70可为自主式加热器(autonomous heater) 70，其例如是电动的。也有可能从制 冷剂回路的任何其它部分引导任何热的制冷剂通过加热管线从而充当加热器70。除了加热 器70之外，图2的实施例对应于图1的实施例。另外，油传送操作大致对应于图1实施例 的油传送操作，除了 没有像后者那样允许对储集器56中的油和制冷剂进行加热，而是将 会在一旦已关闭低压排放阀58时即开启加热器70。同样，油排放阀62将会自动打开或主 动打开，从而使得压差可驱动油通过油排放管线60去往较高压力子回路6以及优选地较高 压力压缩机单元8的较高压力制冷剂入口。在图3的实施例中，其同样与图1和图2的实施例非常相似，来自接收器22的高 压制冷剂可用于对储油器56加压。为此，加压管线72经由加压阀74使接收器22与储油 器56相连接。图3的实施例情况下的油传送操作同样分别与图1和图2的油传送操作非 常相似。一旦压力排放阀58已关闭且一旦储油器56相应地被隔离，则加压阀74打开且允 许压力为大约40巴的高压制冷剂流入到储油器56。一旦加压阀74已关闭，则排放阀62可 自动打开或者可被主动打开从而使得油被传送到较高压力子回路6。图4的实施例与图3的实施例非常相似，但允许借助于油传送管道76和油传送阀 78将油从较高压力子回路6传送到低压子回路4。特别地，油传送管道76连接到较高压力 油补偿管线8，该较高压力油补偿管线8连接较高压力压缩机单元8的个别压力10或者至 少一个压缩机10的个体油槽。同样，可提供一种泄放装置(未图示)用于仅将过量油泄放 到油传送管道76。将油从低压子回路4传送到较高压力子回路8的常规油传送操作是常规 的，如关于子回路4所公开那样。一旦油排放阀62关闭，可(例如)在相反方向上执行油 传送。如果油传送阀78随后打开，则来自较高压力压缩机单元8的过量油可(例如)由于 压差而流到储油器56。随后，油传送阀78将会被关闭，且一旦在通过释放阀68释放剩余压 力后将打开低压排放阀58，则恢复进行正常操作。或者，始于正常操作模式，其中仅低压排放阀50打开，这种低压排放阀58可关闭 且油传送阀78可被打开，从而使得压差将过量油从较高压力子回路驱动到储油器56。应当指出的是，上文所示用于增加储油器56中的压力以将油传送到较高压力子 回路的个别办法可彼此以各种组合的形式而使用。也有可能使用额外的油传送管道76和 油传送阀78用于图1至图3的上述实施例中的任何实施例。除了上文提到的自动止回阀 外，受主动控制的阀可以是电磁阀等。一般而言，压力数字作为绝对压力给出。虽然参考示范性实施例描述了本发明，但本领域技术人员应了解在不偏离本发明 的范畴的情况下可以做出各种变化且可用等效物来代替本发明的元件。此外，在不偏离本 发明的本质范畴的情况下，可对本发明的教导内容做出许多变化来适应特定情形或材料。 因此，本发明预期并不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求书 的范畴内的所有实施例。
权利要求
一种制冷剂回路(2)，其包括低压压缩机单元(38)，其具有在低压子回路(4)中的低压制冷剂出口(42)；较高压力压缩机单元(8)，其具有在较高压力子回路(6)中的较高压力制冷剂入口(12)，其中所述低压制冷剂出口(42)与所述较高压力制冷剂入口(12)彼此流体连接；所述制冷剂回路(2)还包括储油器(56)，储油器(56)由低压油入口管道(54)连接到低压子回路(4)用于从那里接收油，且储油器(56)经由油排放器(62)连接到较高压力子回路(6)。
2.根据权利要求1所述的制冷剂回路(2)，其中所述储油器(56)连接到泄放装置用于 从所述低压压缩机单元(38)泄放过量油。
3.根据权利要求1或2所述的制冷剂回路(2)，其中所述储油器(56)流体连接到所述 低压压缩机单元(38)的油槽，从而使得在操作期间所述储油器(56)中的油液位与所述低 压压缩机单元(38)中的所述油槽的油液位处于相同水平。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷剂回路(2)，其还包括在所述油入口管道 (54)中的低压截止阀(58)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制冷剂回路(2)，其中所述储油器(56)还包括 压力释放装置(64)。
6.根据权利要求5所述的制冷剂回路(2)，其中所述压力释放装置(64)是释放管道 (66)，所述释放管道(66)将所述储油器(56)与低压部段管线(48)相连接且包括释放阀 (68)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制冷剂回路(2)，其还包括连接到所述储油器 (56)的加热器(70)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制冷剂回路(2)，其还包括在所述较高压力子 回路(6)中的接收器(22)；加压管线(72)，其将所述接收器(22)与所述储油器(56)相连 接；以及在所述加压管线(72)中的加压阀(74)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的制冷剂回路(2)，其还包括带有油传送阀(78) 的油传送管道(76)，所述油传送管道(76)将所述较高压力压缩机单元(8)连接到所述储油 器(56)。
10.一种制冷设备，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的制冷剂回路。
11.一种用于管理制冷剂回路(2)中的油的方法，所述制冷剂回路(2)包括低压压缩机 单元(38)，低压压缩机单元(38)具有在低压子回路(4)中的低压制冷剂出口(42)，其中所 述低压制冷剂出口(42)与较高压力制冷剂入口(12)彼此流体连接；所述方法包括以下步 骤在储油器(56)中从所述低压子回路收集过量油且对所述储油器(56)中的油加压用于 将油传送到所述较高压力子回路(6)。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括以下步骤借助于泄放装置从所述低压压 缩机单元(38)泄放过量油。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中间隔地执行所述加压且还包括以下步骤 在所述储集器(56)中的油处于没有被加压的情况之时，维持所述储油器(56)和所述压缩 机单元(38)中相等的油液位。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其还包括以下步骤在对所述储油器 (56)加压之前，关闭通往所述储油器(56)的所述油入口管道(54)中的截止阀(58)。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括以下步骤在再次打开所述截止阀(58)之 前，释放所述储油器(56)的压力。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中对所述储油器(56)加压的步骤 包括加热所述储油器(56)。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中对所述储油器(56)加压的步骤 包括从所述较高压力子回路(6)的高压部分向所述储油器(56)内供应制冷剂。
18.特别地根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其还包括以下步骤将过量油 从所述较高压力子回路(5)传送到所述储油器(56)。
全文摘要
制冷剂回路(2)包括低压压缩机单元(38)，其具有在低压子回路(4)中的低压制冷剂出口(42)；较高压力压缩机单元(8)，其具有在较高压力子回路(6)中的较高压力制冷剂入口(12)，其中该低压制冷剂出口(42)与该较高压力制冷剂入口(12)彼此流体连接；制冷剂回路(2)还包括储油器(56)，储油器(56)由低压油入口管道(54)连接到低压子回路(4)用于从那里接收油，且储油器(56)经由油排放器(62)连接到较高压力子回路(6)。
文档编号F25B31/00GK101809384SQ200780100863
公开日2010年8月18日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者C·多文, P·莱韦克 申请人:开利公司