專利名稱：用于致冷器的熱虹吸式油冷卻器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及致冷器。具體地說，本發(fā)明涉及致冷器中壓縮機潤滑劑的冷卻。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種使致冷器中的壓縮機潤滑劑的冷卻冷卻由是致冷器系統(tǒng)本身的致冷劑使?jié)櫥瑒├鋮s的，該致冷劑通過熱虹吸效應的作用從致冷器冷凝器流出而后又返回其中。
致冷器使用種種類型的壓縮機以壓縮致冷氣體，該致冷氣體首先被冷凝，而后它將在熱負荷的冷卻過程中蒸發(fā)。在絕大多數(shù)情況下，這種壓縮機具有若干旋轉(zhuǎn)元件，這些旋轉(zhuǎn)元件被支承在一個或多個軸承中以它們使轉(zhuǎn)動，而軸承需要加以潤滑以確保其能正常工作。因此，在用于潤滑軸承的油被輸送到軸承表面上之前先將其冷卻，可提高軸承的可靠性從而也提高了致冷器的整體的可靠性。
目前有種種用于實現(xiàn)在致冷器中的油的冷卻方法與種種冷卻裝置。許多冷卻媒質(zhì)、多種不同類型的熱交換器、多種不同的使油以及用于與油進行熱交換接觸而使油冷卻的媒質(zhì)移動的原動力已在實踐中得到運用。許多時候，至少使對致冷器中的油進行冷卻作用所需的媒質(zhì)的流動需要使用泵、噴射器或者其它的機械或電子機械裝置，上述這些裝置會增加致冷器制造過程的成本和/或使制造過程復雜化，和/或需要使用閥和/或控制器。這些與油的冷卻過程相關(guān)的機械或電子機械裝置、泵和/或控制器的使用還會帶來故障的隱患，從而降低致冷系統(tǒng)整體的可靠性。
因此，這就需要一種用于致冷器的裝置和方法，通過該裝置與方法可使?jié)櫥吕淦鞯膲嚎s機軸承用的油冷卻，這種裝置與方法其本身不會發(fā)生故障，是可靠的，并且無需使用機械和/或電子機械裝置、泵和/或控制器來使冷卻潤滑劑的媒質(zhì)流與需要冷卻的潤滑油進行熱交換接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是使在致冷器中用于潤滑壓縮機軸承的油冷卻。
本發(fā)明的另一個目的是使在致冷器中用于潤滑軸承的油以這樣一種方式冷卻，即，該方式無需使用使媒質(zhì)流動的與油進行熱交換而使油冷卻的機械或電子機械裝置、閥和/或控制器。
本發(fā)明的另一個目的是使用致冷系統(tǒng)本身的致冷劑來冷卻用于潤滑致冷器壓縮機的軸承的油。
本發(fā)明的另一個目的是以這樣一種方式使用致冷系統(tǒng)的致冷劑來冷卻用于潤滑致冷器壓縮機軸承的油，該方式對致冷系統(tǒng)的總體效率的負面影響極小。
本發(fā)明的另一個目的是使用致冷系統(tǒng)的致冷劑來冷卻用于潤滑致冷器壓縮機的軸承的油，其中的致冷劑來自于致冷器的冷凝器并又返回其中。
本發(fā)明的另一個目的是使用液態(tài)的系統(tǒng)的致冷劑冷卻用于潤滑致冷器的壓縮機軸承的油，其中在油冷卻的過程中所使用的液態(tài)致冷劑至少局部地蒸發(fā)，這種蒸發(fā)使得在為了達到冷卻油的目而使致冷劑流經(jīng)的路徑中產(chǎn)生一壓差，該路徑及所產(chǎn)生的壓差使兩相形態(tài)的致冷劑返回到系統(tǒng)冷凝器中。
最后，本發(fā)明的一個目的是使用系統(tǒng)的致冷劑來冷卻用于潤滑致冷器壓縮機的軸承的油，其中致冷劑從系統(tǒng)冷凝器流出以及流回冷凝器中的流動動是通過熱虹吸式的流動引起的，當致冷器工作時這種流動可以自我維持和繼續(xù)。
結(jié)合下列較佳實施例的說明與附圖，可以較地地理解本發(fā)明的這些與其它的目的，這些目的是通過將油冷卻熱交換器置于致冷器中的一個位置處而實現(xiàn)的，在該位置處在重力的作用下，可便液態(tài)致冷劑從系統(tǒng)冷凝器中流出，以及致冷劑可通過熱虹吸效應以可自我維持的過程從該位置回到冷凝器中。為此，在致冷器中，油冷卻熱交換器置于冷凝器下面，使得在將冷凝器的底部與油冷卻熱交換器相連的管道中可形成一稍微過冷的液態(tài)致冷劑柱。熱的系統(tǒng)潤滑劑被輸送到油冷卻熱交換器中，這那里潤滑劑向源自系統(tǒng)冷凝器中的稍微過冷的液態(tài)致冷劑釋放出熱量。在油冷卻熱交換器中從油向液體致冷劑熱量的釋放出使得一部分致冷劑蒸發(fā)，并通過將油冷卻熱交換器與系統(tǒng)冷凝器中蒸發(fā)空間相連的管線上升而離開熱交換器。當油冷卻后，致冷劑通過返回管路上升回到冷凝器時，其中的致冷劑為飽和液態(tài)與汽化的致冷劑的兩相混合物，該兩相致冷劑的體積平均密度比從冷凝器供給到油冷卻熱交換器中的過冷的液態(tài)致冷劑的小。在被供給到油冷卻熱交換器的致冷劑與從其中返回的致冷劑之間的密度差產(chǎn)生了一個壓力差，該壓差在一熱虹吸過程中使從冷凝器流出、通過油冷卻熱交換器并回到冷凝器蒸氣空間的致冷劑得以自持地進行。


附圖是使用本發(fā)明的油冷卻裝置的致冷器的示意圖。
較佳實施例的描述致冷器10包括一壓縮機12、一冷凝器14、一膨脹裝置16以及一蒸發(fā)器18，上述這些裝置相互連接從而可流動而形成一致冷回路。在較佳實施例中壓縮機12為一離心式壓縮機，在致冷器工作中，壓縮機12壓縮系統(tǒng)的致冷劑，并且以一種相對高溫高壓的氣態(tài)的形式將致冷劑排放到冷凝器14的蒸汽空間20中。在較佳實施例的致冷器中，冷凝器14被抬高至位于蒸發(fā)器18的上方。
高溫、高壓的致冷劑通過如由冷凝器14的管束22流過的水之類的媒質(zhì)而被冷卻，并且冷凝為液態(tài)。冷凝后的致冷劑匯集到其中的底部24。在某些類型的致冷器中，可使用周圍環(huán)境空氣冷卻從冷凝器中排放出的致冷氣體。
冷凝后的致冷劑從冷凝器14向膨脹裝置16流動，通過膨脹過程，一部分致冷劑蒸發(fā)使致冷劑冷卻?，F(xiàn)在，較冷的、壓力較低的、兩相致冷劑被輸送到蒸發(fā)器18中，而該蒸發(fā)器18較佳地為降膜式蒸發(fā)器。需要指出的是，在較佳實施例中壓縮機12為離心式壓縮機，蒸發(fā)器18為降膜式蒸發(fā)器，但本發(fā)明也適用于使用其它類型的蒸發(fā)器與壓縮機的致冷系統(tǒng)。
例如水之類的媒質(zhì)通過在蒸發(fā)器中的管束26流動，其中媒質(zhì)是從致冷器10進行冷卻的熱負荷中返回的。當相對較熱的媒質(zhì)進入蒸發(fā)器18時，該媒質(zhì)與從膨脹裝置16傳輸入的致冷劑熱交換接觸。當從管束26中流動通過的媒質(zhì)向蒸發(fā)器中的致冷劑排放出它的熱量時，媒質(zhì)得以冷卻。而致冷劑由于這些熱量而蒸發(fā)，并在前進的過程中回到壓縮機12中。在蒸發(fā)器中被冷卻的媒質(zhì)返回到熱負荷中以進一步使其冷卻，這同樣也是在前進的過程中進行的。
像許多致冷器一樣，壓縮機12也使用了一個或多個旋轉(zhuǎn)部件。在較佳實施例的離心壓縮機的情況中，移動部件是一推進器(未圖示)，它被安裝在一軸(未圖示)上以進行轉(zhuǎn)動該軸至少置于一個軸承。和大多數(shù)軸承一樣軸承18需要進行潤滑，和大多數(shù)軸承的情況一樣，潤滑作用是通過將油輸送到軸承的位置而實現(xiàn)的。同樣和所有的軸承一樣，由于對軸承進行潤滑，輸送到軸承的油的溫度會升高。由于對軸承起潤滑作用的油進行冷卻可以延長軸承的使用壽命，所以通常在許多軸承應用中均采用對油冷卻的方案。在較佳實施例的致冷系統(tǒng)中，致冷器10中的軸承潤滑油源自油槽30，并通過潤滑劑供給管線32輸送到軸承28處。置于槽30中的泵34為使油通過供油管32輸送到軸承中提供了動力。這些油在軸承潤滑的過程中被加熱，因此在油返回到槽內(nèi)時，它的溫度將相對較高，在將它再用于潤滑之前使之冷卻將是有益的。
本發(fā)明中油冷卻的安排是基于這樣一種設置，即，將油冷卻熱交換器置于致冷系統(tǒng)中低于系統(tǒng)冷凝器的一個位置上。在本發(fā)明的情況中，油冷卻熱交換器36為一銅的平板式熱交換器，冷凝系統(tǒng)的致冷劑從冷凝器14中的致冷劑池24通過致冷劑供給管38被輸送到熱交換器中。由于冷凝器14置于油冷卻熱交換器36之上，在管線38中的液態(tài)致冷劑形成一液柱，它是具有第一密度的稍微被低溫冷卻的液態(tài)致冷劑。需理解的是，在較佳實施例中高壓的液態(tài)致冷劑是直接從冷凝器中被抽取出的，但它也可以從冷凝裝置的下游取出，但取出的位置一定要在膨脹裝置的上游。
通過管線38被輸送到油冷卻熱交換器36的稍微過冷的液態(tài)致冷劑與相對熱油熱交換接觸，而這些較熱的油是由泵34通過供油管32泵向油冷卻熱交換器36的。在油冷卻熱交換器36中相對較熱的油與相對較冷的致冷劑之間的熱交換使得一部分致冷劑蒸發(fā)。因此，在油冷卻熱交換器36內(nèi)發(fā)生的油冷卻過程產(chǎn)生了一種兩相的液-氣致冷劑混合物。這種兩相的致冷劑混合物的密度比通過管線38輸送到油冷卻熱交換器中的液態(tài)致冷劑柱為低，因此，油冷卻致冷劑流過的路徑而形成的熱虹吸回路所產(chǎn)生的結(jié)果是，該混合物通過回流管線40而上升起。
在油冷卻熱交換器前面的液態(tài)致冷劑供給管線38中形成的液態(tài)致冷劑柱所產(chǎn)生的靜壓頭有助于致冷劑通過熱虹吸回路移動。由于致冷劑流是流向與來自冷凝器的，因此流向與來自壓力基本相同的位置，所以盡管存在流動的磨擦損失，使致冷劑流向、通過與從油冷卻熱交換器36的熱虹吸式的運動在致冷器的所有工作條件下均可確保自我維持，并且確保靜壓頭將始終幫助致冷劑從熱交換器向冷凝器的蒸氣空間的返回。
需指出的是，在較佳實施例中，與逆向流動相對，通過油冷卻熱交換器的致冷劑流動其性質(zhì)上較佳地是并流的(cocurrent)。也就是說，從油槽泵取的油被輸送到交換器中與液態(tài)致冷劑進行熱交換接觸，而送到油冷卻熱交換器的致冷劑是處于最低溫度的致冷劑。這確保了最熱的油能盡可快地在油冷卻熱交換器中與最冷的液態(tài)致冷劑熱進行交換接觸，從而利用了兩種流體之間最大的初始溫度差。最大的初始溫度差使油冷卻熱交換器內(nèi)致冷劑能盡快地沸騰/蒸發(fā)，從而幫助引起且維持了通過其中的致冷劑的流動。
由于在本發(fā)明中用于冷卻油的媒質(zhì)是源自冷凝器的致冷劑，以及由于冷凝器的溫度會改變，所以離開油冷卻熱交換器36的油的溫度將隨著飽和冷凝器的溫度改變。然而，在每種情況中，獲得的油的冷卻將足夠確保充分的、連續(xù)的、可靠的壓縮機軸承以及壓縮機12內(nèi)其它需要潤滑的表面或位置的潤滑。
需要指出的是，本發(fā)明的熱虹吸式的結(jié)構(gòu)僅需要從系統(tǒng)冷凝器向油冷卻熱交換器輸送少量的系統(tǒng)致冷劑。因此，在致冷器中的油的冷卻將以這種油冷卻過程對致冷系統(tǒng)的整體效率的負面影響最小的方式實現(xiàn)。
另需指出的是，離開油冷卻熱交換器的致冷劑取自系統(tǒng)冷凝器且將返回冷凝器中，與其它油冷卻的方案相比，在其他的方案中，用于冷卻油的致冷劑是返回到致冷器中致冷劑壓力較低的一個不同的位置處的。因而，根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)壓縮機無需為了使用于油冷卻的致冷劑回到冷凝器的壓力而對致冷劑作功。這將使油冷卻過程對致冷器整體效率的負面影響最小化。
還需指出的是，由于供給管38中的液態(tài)致冷劑與管線40中的兩相致冷劑混合物之間密度的不同而引起的熱虹吸式的流動，以及在由管線38中的液態(tài)致冷劑柱中所產(chǎn)生的靜壓頭的協(xié)助下，無需使用調(diào)節(jié)使油冷卻的媒質(zhì)流的機械或電子機械裝置、閥或控制器，便可建立和維持使油冷卻的自我持續(xù)進行的媒質(zhì)流。因而，本發(fā)明的油冷卻的配置是可靠、簡單且經(jīng)濟的，同時又可使在其它致冷器中的油冷卻方案中常常出現(xiàn)的對致冷系統(tǒng)效率的負面影響最小化。
雖然本發(fā)明是根據(jù)較佳實施例描述的，但是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應該很清楚在本發(fā)明的范圍中還可以有其它種種實施例。在此前提下，本發(fā)明所主張的權(quán)利要求為
權(quán)利要求
1.一種致冷器，它包括一冷凝器；一膨脹裝置；一蒸發(fā)器；一壓縮機，所述冷凝器、所述膨脹裝置、所述蒸發(fā)器以及所述壓縮機可流通地相連，從而形成一致冷回路；一油冷卻熱交換器；一油槽，油從油槽輸送到所述致冷器中需要潤滑的位置，所述油在被輸送到需要潤滑的所述位置之前流過所述油冷卻熱交換器；一供給管，來自所述冷凝器的液態(tài)致冷劑通過該供給管流向所述油冷卻熱交換器；以及一回流管，當致冷劑被流過的油加熱后，致冷劑從油冷卻熱交換器通過回流管流出，致冷劑通過所述回流管的流動是由從通過所述油冷卻熱交換器流動的油向其中的致冷劑排出熱量而引起的。
2.如權(quán)利要求1所述的致冷器，其特征在于，流過所述油冷卻熱交換器的油向其中的致冷劑的所述熱量的排放使一部分所述致冷劑的蒸發(fā)，從而在所述回流管中產(chǎn)生了液體與汽體致冷劑的混合物，所述混合物的密度比供給管中液態(tài)致冷劑的密度小，它們之間的密度差產(chǎn)生了一個壓差，該壓差使致冷劑從所述油冷卻熱交換器中流出。
3.如權(quán)利要求2所述的致冷器，其特征在于，所述回流管在所述油冷卻熱交換器與所述冷凝器之間連通。
4.如權(quán)利要求1所述的致冷器，其特征在于，所述油冷卻熱交換器置于所述冷凝器之下，所述油冷卻熱交換器置于所述冷凝器之下從而在所述供給管中的液態(tài)致冷劑產(chǎn)生一靜壓頭，所述靜壓頭對維持致冷劑從所述熱交換器返回所述冷凝器的流動起著幫助作用。
5.如權(quán)利要求4所述的致冷器，其特征在于，源自所述冷凝器的所述液態(tài)致冷劑直接從通常位于所述冷凝器底部的一個位置向所述油冷卻熱交換器流動，其中通過所述供給管流動的致冷劑的總體流向且通過所述油冷卻熱交換器，并且隨后返回到所述冷凝器的蒸氣空間中。
6.如權(quán)利要求5所述的致冷器，其特征在于，除了在所述供給管中的所述密度差與所述靜壓頭之外致冷劑從所述油冷卻熱交換器通過所述回流管向所述冷凝器的流動無需使用任何閥或控制器來調(diào)節(jié)，并且也無需使用任何動力。
7.如權(quán)利要求5所述的致冷器，其特征在于，所述油冷卻熱交換器為一銅的平板式熱交換器。
8.如權(quán)利要求5所述的致冷器，其特征在于，通過所述油冷卻熱交換器的液態(tài)致冷劑流與油流是并流的，即，最冷的液態(tài)致冷劑與最熱的油在所述油冷卻熱交換器內(nèi)進行熱交換接觸，從而可利用它們之間相對較大的最初的溫差，在所述熱交換器內(nèi)盡快地引起所述致冷劑的蒸發(fā)。
9.一種致冷器，它包括一冷凝器；一膨脹裝置；一蒸發(fā)器；一油槽；一壓縮機，當所述致冷器工作時，油從所述槽流向所述壓縮機，所述冷凝器、所述膨脹裝置、所述蒸發(fā)器與所述壓縮機相連以實現(xiàn)流通，從而形成一致冷回路；以及一熱虹吸式油冷卻器，在油被輸送到所述壓縮機之前，油從所述槽通過所述熱虹吸式油冷卻器流動，而致冷劑流向且從所述熱虹吸式油冷卻器流出，所述油與所述致冷劑在冷卻器中進行熱交換接觸，流向所述油冷卻器的致冷劑的溫度比流向且通過所述油冷卻器的油的溫度低，使得所述油在冷卻器中向所述致冷劑排出熱量，所述熱量的排出使得一部分所述致冷劑蒸發(fā)，并且在所述熱交換器的下游中產(chǎn)生了致冷劑混合物，該混合物的密度比流向所述油冷卻器的致冷劑的密度低，所述密度差使致冷劑從所述熱虹吸式油冷卻器的向上流出。
10.如權(quán)利要求9所述的致冷器，其特征在于，致冷器以液態(tài)的形式從所述冷凝器向所述熱虹吸式油冷卻器流動，而致冷劑又以兩相致冷劑混合物的形式從所述熱虹吸式油冷卻器返回到所述冷凝器中。
11.如權(quán)利要求10所述的致冷器，其特征在于，在所述熱虹吸式油冷卻器中所述的熱量排放是在所述冷凝器下面的一個位置中發(fā)生的，源自所述冷凝器的所述液態(tài)致冷劑從所述冷凝器向下流向所述熱虹吸式冷卻器，由此使得在所述熱虹吸式油冷卻器的上游的液態(tài)致冷劑產(chǎn)生一靜壓頭，當所述致冷器工作時，所述靜壓頭與所述密度差一同使得致冷劑流向、通過以及流出所述油冷卻器的可自我維持地繼續(xù)進行。
12.如權(quán)利要求13所述的致冷器，其特征在于，液態(tài)致冷劑直接從所述冷凝器流向所述熱虹吸式油冷卻器，以及其中致冷劑從所述熱虹吸式油冷卻器流向所述冷凝器的蒸發(fā)空間。
13.如權(quán)利要求12所述的致冷器，其特征在于，除所述的密度差以及重力之外，無需使用任何閥或控制器對流動進行調(diào)節(jié)，也無需任何的動力，便可使致冷劑發(fā)生流向、通過與流出所述熱虹吸式油冷卻器并且回到所述冷凝器。
14.如權(quán)利要求13所述的致冷器，其特征在于，通過所述熱虹吸式油冷卻器的致冷劑與油的流動是并流的，即，在進行熱交換接觸時，是最冷的致冷劑與最熱的油立刻進行熱交換接觸。
15.如權(quán)利要求14所述的致冷器，其特征在于，所述油冷卻器為一銅的平板式熱交換器。
16.一種在致冷器中冷卻油的方法，它包括以下步驟在將油輸送到所述致冷器中需潤滑的位置之前，使相對較熱的油通過油冷卻熱交換器；液態(tài)致冷劑從所述冷凝器流向所述油冷卻熱交換器；熱量從所述通過的步驟中通過所述油冷卻熱交換器排向所述流向步驟中輸送到所述熱交換器的液態(tài)致冷劑，排出熱量的量足夠使所述液態(tài)致冷劑的一部分蒸發(fā)，從而在所述熱交換器中產(chǎn)生一兩相的致冷劑混合物，輸送到所述熱交換器中的液態(tài)致冷劑的密度比所述兩相的致冷劑混合物的密度高；以及至少一部分氣態(tài)的致冷劑從所述油冷卻熱交換器返回到所述冷凝器中，致冷劑回到所述冷凝器的流動是由于輸送到所述油冷卻熱交換器中的液態(tài)致冷劑與在所述油冷卻熱交換器中下游的兩相致冷劑混合物之間的密度差引起的。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該方法包括另一個步驟，即，將所述油冷卻熱交換器置于所述冷凝器之下，使得在所述油冷卻熱交換器中下游的致冷劑受到由所述油冷卻熱交換器上游的液態(tài)致冷劑所產(chǎn)生的靜壓頭的作用力，當致冷器工作時，所述靜壓頭幫助致冷劑自我維持、自我持續(xù)地流向、通過與流出所述油冷卻熱交換器。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，連接所述油冷卻熱交換器以從所述冷凝器接受液態(tài)致冷劑的所述步驟包括這樣一個步驟，即，直接從所述冷凝器中的液體池向所述油冷卻熱交換器輸送液態(tài)致冷劑，而其中連接油冷卻熱交換器以向所述冷凝器返回所述致冷劑的步驟包括這樣一個步驟，即，從所述油冷卻熱交換器將致冷劑輸送到所述冷凝器的蒸發(fā)空間。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該方法包括這樣一個步驟，即，無需為了建立或調(diào)節(jié)致冷劑的流動而使用任何閥或控制器或動力，僅需利用所述密度差與所述靜壓頭，便可在所述流動的步驟中引起并維持致冷劑的流動。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述通過步驟包括這樣一個步驟，即，將所述相對較熱潤滑劑輸送到所述油冷卻熱交換器中一個位置處，在該位置處所述液態(tài)致冷劑被接收到所述油交換熱交換器中，以使得在所述熱交換器中在所述油與所述液態(tài)致冷劑之間最初的熱交換在這樣一個位置處發(fā)生，即基本上在該位置處所述油與所述致冷劑之間的溫差在所述熱交換器中是最大的。
全文摘要
一種在致冷器中的潤滑油的冷卻,該冷卻是通過使熱油與源自致冷器冷凝器(14)并又返回其中的液態(tài)致冷劑進行熱交換接觸而實現(xiàn)的。在一個油冷卻熱交換器(36)中進行的從油向致冷劑的熱量的排放使致冷劑蒸發(fā),從而在從冷凝器(14)流出的致冷劑與油冷卻熱交換器(36)中的下游的致冷劑之間產(chǎn)生密度差。該密度差引發(fā)了持續(xù)地維持致冷劑流過熱交換器(36)以進行冷卻的作用。
文檔編號F25B31/00GK1369051SQ00811311
公開日2002年9月11日 申請日期2000年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月6日
發(fā)明者B·E·丁格爾, J·W·拉森, S·A·穆厄肯斯 申請人:美國標準公司