Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос :  ea201491590a*\id

больше ...
Термины запроса в документе


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к охлаждающей системе (2) и способу отделения масла, в которых конденсатный блок (10) содержит маслоотделитель (18, 20), из которого масло направляется через трубопровод (24) обратно в компрессор (4). Целью изобретения является объединение всех средств конденсации и средств отделения масла в общем контейнере (26) под давлением. В соответствии с изобретением эта цель достигается с помощью системы, в которой конденсатный блок и маслоотделитель встроены в общий резервуар (26) под давлением, содержащий по меньшей мере один первый маслоотделитель и по меньшей мере второй вспомогательный маслоотделитель, а также содержащий конденсатный контейнер (30), взаимодействующий с третьим маслоотделителем (22). Таким образом, достигается объединение конденсации и отделения масла в одном общем резервуаре под давлением.


PCT/DK2013/050057
МПКЙ: F25B 43/02
ОХЛАЖДАЮЩАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ МАСЛА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к охлаждающей системе и способу отделения масла,
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В международном патентном документе №2007/068247 ("Система маслообеспечения", подан компанией York Denmark ApS, Дания) описаны способ и система для контроля и регулирования подачи масла, в которых общий кожух под давлением содержит все средства для обработки масла, выполняемой для технологической обработки смеси масла и хладагента, выходящей из компрессора, с отделением, таким образом, масла и его возвратом в компрессор. Указанный кожух под давлением содержит следующие компоненты, относящиеся к обработке масла: маслоотделитель, из которого масло проходит в маслосборник, маслоохладитель, соединенный с маслосборником, смесительный клапан, в котором происходит смешивание масла из маслоохладителя с маслом из маслосборника для достижения оптимальной температуры масла, и фильтр для масла, предназначенный для фильтрования смешанного масла, которое затем возвращается из указанного фильтра в компрессор.
В частности, вышеперечисленные компоненты могут работать при давлении, приблизительно равном давлению на выходе компрессора.
Кроме того, в японском патентном документе №2005127542 описана охлаждающая система, содержащая по меньшей мере один компрессор, имеющий по меньшей мере одно всасывающее впускное отверстие и по меньшей мере одно выпускное отверстие под давлением, и дополнительно содержащая по меньшей мере один конденсатный блок, который при помощи линии для хладагента соединен по меньшей мере с одним ограничительным элементом, имеющим соединение по меньшей мере с одним испарителем, соединенным с всасывающим впускным отверстием компрессора, при этом конденсатный блок содержит по меньшей мере один маслоотделитель, из которого масло возвращается через трубопровод в компрессор, при этом
конденсатный блок и маслоотделитель встроены в общий резервуар под давлением. В данной системе резервуар под давлением не содержит маслосборника или конденсатного контейнера, охлаждаемого при помощи теплообменника, через который проходит первый хладагент. Кроме того, данная система не предусматривает взаимодействия между конденсатным контейнером и маслоохладителем, который установлен в соединении с указанным контейнером так, что между донной частью конденсатного контейнера и маслоохладителем установлено жидкостное и газовое соединение, и масло из маслосборника, расположенного у дна общего резервуара под давлением, направляется через теплообменник маслоохладителя обратно в компрессор.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является объединение всех средств конденсации и средств отделения масла в общем контейнере под давлением.
Еще одной целью данного изобретения является создание очень компактной охлаждающей системы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с изобретением вышеуказанные и другие цели достигаются с помощью системы, описанной в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, согласно которому конденсатный блок и маслоотделитель встроены в общий резервуар под давлением, содержащий конденсатный контейнер, охлаждаемый при помощи теплообменника, через который проходит первый хладагент, причем конденсатный контейнер взаимодействует с маслоохладителем, выполненным в виде контейнера, установленного в соединении с конденсатным контейнером, при этом между конденсатным контейнером и маслоохладителем установлено жидкостное и газовое соединение, и масло направляется из маслосборника, расположенного у дна общего резервуара под давлением, через теплообменник маслоохладителя обратно в компрессор.
С помощью вышеуказанных средств достигается объединение конденсации, отделения масла и охлаждения масла в общем резервуаре под давлением, так что отдельные компоненты в указанном резервуаре могут быть изготовлены из относительно тонкого материала благодаря тому, что во всем
резервуаре имеет место приблизительно одинаковое давление. В частности, если компрессор представляет собой винтовой компрессор, предполагается, что вместе с хладагентом отделяется относительно большое количество масла. Таким образом, отделение масла и охлаждение масла являются строго необходимыми, и требуется непрерывный возврат масла в винтовой компрессор. Возврат масла в винтовой компрессор может быть выполнен относительно простым образом путем направления масла во взаимодействующие винты в местоположении, в котором давление фактически ниже, чем давление, имеющее место во время отделения масла. В результате может быть получен всасывающий эффект, так что возвращаемое масло автоматически всасывается обратно в винтовой компрессор.
Путем объединения отделения масла, конденсации и охлаждения масла в общем резервуаре под давлением достигается очень компактная конструкция охлаждающей системы. Жидкий хладагент может быть направлен непосредственно из резервуара под давлением по меньшей мере в один испаритель. Аналогичным образом, теплообменник, установленный в конденсатном резервуаре, может быть охлажден непосредственно средой, например водой, проходящей через указанный резервуар. В частности, весьма эффективное отделение масла в резервуаре под давлением достигается в случае многоступенчатого отделения масла. Первый маслоотделитель захватывает несомненно наибольшее количество масла, поскольку все более крупные масляные капли автоматически захватываются и объединяются с их последующим отеканием в маслосборник. При этом важно, чтобы захват этих крупных масляных капель происходил до прохождения хладагента вместе с примешанным маслом через второй маслоотделитель, поскольку данный маслоотделитель обычно снабжен сеткой с очень мелкими ячейками, которая быстро и полностью засорится в случае присутствия в хладагенте более крупных масляных частиц.
Вследствие того, что более крупные масляные капли уже удалены в первом маслоотделителе, так что от всего количества масла остался лишь небольшой процент, во втором масляном отделителе обеспечено высокоэффективное отделение масла. Последнее отделение масла происходит в связи с фактической конденсацией хладагента. Очень маленькие масляные капли, которые все еще могут перемещаться вместе с газообразным
хладагентом, автоматически оказываются в жидком хладагенте, в котором масло имеет другую плотность, отличную от плотности хладагента, после чего масло может быть отделено. В частности, если хладагент имеет более низкую плотность, чем масло, он может быть извлечен выше действительного донного уровня хладагента. Благодаря этому может быть осуществлен сбор масла ниже донного уровня хладагента. Затем данное масло может быть извлечено и возвращено в компрессор.
В соответствии с первым аспектом изобретения предложена охлаждающая система, содержащая по меньшей мере один компрессор, имеющий по меньшей одно всасывающее впускное отверстие, по меньшей мере одно выпускное отверстие под давлением и по меньшей мере один конденсатный блок, который при помощи линии для хладагента соединен по меньшей мере с одним ограничительным элементом, соединенным по меньшей мере с одним испарителем, находящимся в соединении со всасывающим впускным отверстием конденсатного блока, при этом конденсатный блок содержит по меньшей мере один маслоотделитель, из которого масло может быть направлено через трубопровод обратно в компрессор.
Смесь масла и хладагента, концентрация которой увеличена путем испарения хладагента в контейнере маслоохладителя, извлекается по меньшей мере через один клапан и возвращается в компрессор. Поскольку имеется лишь очень малое количество масла, клапан необходимо открывать только на короткое время с очень длинными временными интервалами между такими открытиями. Таким образом, уровень масла в резервуаре маслоохладителя поддерживается низким, так что теплообменник в маслоохладителе полностью окружен хладагентом.
Маслоохладитель может быть встроен в контейнер. Благодаря встраиванию маслоохладителя в существующий конденсатный резервуар может быть получена еще более компактная конструкция системы. Необходима подача хладагента в резервуар маслоохладителя, что может быть осуществлено с помощью соответствующих труб.
Теплообменник может охлаждаться с помощью первого хладагента, проходящего через него. Теплообменник содержит трубы, по которым проходит первый хладагент. Предпочтительно конденсатный блок может быть выполнен в виде колонны горизонтально проходящих труб, по которым проходит первый
хладагент, так что конденсация осуществляется при прохождении газа между указанными трубами. Дополнительное охлаждение жидкого хладагента до его выхода из конденсатного блока может обеспечить повышенную эффективность всей охлаждающей системы.
Теплообменник охлаждается с помощью первого хладагента, проходящего через него. Теплообменник выполнен в виде пластинчатого теплообменника. В качестве альтернативы использованию труб может использоваться пластинчатый теплообменник. Пластинчатые теплообменники обеспечивают очень большую поверхность для теплообмена между первичной и вторичной средами.
Предпочтительно охлаждающая система может применяться в качестве теплонасосной системы. Для нагревания может использоваться тепло конденсатора. Теплонасосная система, в которой применяется данное изобретение, является высокоэффективной, поскольку тепло, образующееся при охлаждении масла, вместе с теплом конденсатора передается в среду, проходящую через теплообменник конденсатора.
Как вариант, данное изобретение может использоваться для охлаждения. Охлаждающая система может быть спроектирована с обеспечением высокой эффективности, поскольку охлаждение как хладагента, так и масла осуществляется эффективным образом.
Охлаждающая система может образовывать комбинированную охлаждающую и теплонасосную систему. Предпочтительно данное изобретение может использоваться либо в качестве охлаждающей системы, либо в качестве теплонасосной системы, либо в качестве комбинации обеих систем. Первый хладагент, используемый для конденсации, получает относительно большое количество тепла, и, в зависимости от условий давления, может быть достигнут нагрев до 50-70°С. Таким образом, данное тепло конденсации может использовано, например, для производства горячей воды или обогрева помещений. Аналогичным образом, производство конденсированного хладагента происходит в таком количестве, что может использоваться большая охлаждающая система. Альтернативной возможностью является использование данной системы в более крупной вспомогательной кондиционирующей системе.
Конденсатный контейнер и контейнер маслоохладителя могут быть
встроены в общий кожух, расположенный в контейнере с поддерживаемым давлением. Таким образом, конденсатный контейнер и контейнер для масла могут быть изготовлены в виде общего блока, подвергаемого воздействию приблизительно одинакового давления внутри и снаружи.
В соответствии со вторым аспектом данное изобретение также относится к способу отделения масла, конденсации и охлаждения масла в системе, причем отделение масла, конденсацию и охлаждение масла выполняют в виде последовательности следующих этапов:
(a) сжатый хладагент подают в резервуар под давлением,
(b) хладагент проводят через первую внутреннюю поверхность
резервуара под давлением и наружную поверхность конденсатного резервуара,
(c) хладагент с остатками масла всасывают в конденсатный контейнер,
(d) хладагент с остатками масла конденсируют путем теплообмена с первым хладагентом,
(e) масло отделяют, в результате чего происходит увеличение концентрации масла в контейнере маслоохладителя,
(f) конденсированный хладагент выводят из конденсатного контейнера через выпускное отверстие,
(д) масло направляют из маслосборника через теплообменник маслоохладителя и трубопровод обратно в компрессор,
(h) хладагент в контейнере маслоохладителя испаряют путем введения в
контакт с горячим маслом, проходящим в теплообменнике маслоохладителя, и
охлаждают тем самым масло в теплообменнике маслоохладителя,
(i) хладагент, испаренный на этапе охлаждения масла, направляют в
теплообменник конденсатора, где выполняют его повторную конденсацию.
С помощью вышеописанного способа достигается высокоэффективный способ комбинирования отделения масла, конденсации и охлаждения масла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данное изобретение станет более понятным при рассмотрении чертежей совместно с нижеследующим подробным описанием изобретения.
Фиг.1 изображает схематический вид изобретения, и
фиг.2 изображает первый вариант выполнения комбинированного блока для конденсации и отделения масла.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 изображен вариант выполнения охлаждающей системы 2, содержащей компрессор 4 с всасывающей линией б и выпускным отверстием 8 под давлением. Отверстие 8 соединено с конденсатным блоком 10, изображенным на фиг.1 в виде теплообменника, имеющего соединение 32 с внешним хладагентом. Из блока 10 жидкий хладагент направляется через трубопровод 12 к ограничительному элементу 14, который обычно может быть выполнен в виде расширительного клапана и от которого хладагент направляется по меньшей мере к одному испарителю 16. Испаритель 16 имеет соединение с соединительной линией 6 компрессора, всасывающей газ.
Компрессор 4 вводит хладагент в состояние под давлением, так что газообразный хладагент всасывается через линию 6 и выходит из компрессора под значительно более высоким давлением через отверстие 8. Существует большое количество различных охлаждающих компрессоров, все из которых в принципе могут быть представлены изображенным компрессором 4. Возможно использование однопоршневых или многопоршневых компрессоров, а также спиральных компрессоров или винтовых компрессоров. Кроме того, в области кондиционирования воздуха для автомобилей известно, например, использование поршневых компрессоров, приводимых в действие вращающимся наклонным диском.
Таким образом, хладагент под высоким давлением направляется через отверстие 8 в блок 10, где происходит значительное охлаждение горячего газа под давлением, так что указанный газ становится сконденсированным до жидкого состояния. Жидкий хладагент выходит из конденсатного блока через соединение 12 и достигает ограничительного элемента 14. Существует множество различных форм ограничительных элементов. Как правило, в меньших охлаждающих системах применяются капиллярные трубки, тогда как в более крупных охлаждающих системах применяются автоматические расширительные клапаны.
Некоторые расширительные клапаны управляются путем перегрева испарителя 16 благодаря обратной подаче измеренного давления или температуры на выпускном отверстии испарителя к клапану 14 с обеспечением достоверного обнаружения перегрева для защиты компрессора. Другие расширительные клапаны выполнены с электронным управлением, и для
получения оптимального потока хладагента через испарители используются очень сложные алгоритмы управления. Хладагент выходит из элемента 14 и проходит по меньшей мере через один испаритель 16. Следует понимать, что может быть выполнено большое количество клапанов 14, которые действуют параллельно и каждый из которых обеспечивает управление по меньшей мере одним испарителем. Существует множество различных форм испарителей, при этом в испарителе происходит нагрев хладагента с его испарением. В ряде случаев используются затопленные испарители, то есть испарители полностью заполнены жидкостью и в них происходит кипение хладагента, при этом обратно в компрессор всасывается только газообразный хладагент. Это приводит к риску скопления масла на дне затопленного испарителя, и требуется либо система для удаления масла, либо высокоэффективное отделение масла, достигаемое в соответствии с данным изобретением.
На фиг.2 изображен комбинированный блок для отделения масла, конденсации и охлаждения масла. На фиг.2 показан конденсатный блок 10, выполненный в общем резервуаре 26 под давлением. Указанный резервуар может содержать первый маслоотделитель 18 и последующий маслоотделитель 20. Контейнер 22 маслоохладителя показан без конденсатного резервуара. Масло скапливается в маслосборнике 28, из которого оно всасывается через соединительный патрубок 37 и через теплообменник 34 маслоохладителя перед возвратом масла в компрессор через трубопровод 42. Хладагент всасывается через вторичный маслоотделитель 20 и всасывающую линию 29 в конденсатный контейнер 30.
Конденсатный контейнер содержит теплообменник, который может быть выполнен в виде охлаждающей спирали 31, через которую проходит внешний хладагент 32. В блоке 30 показан уровень 35 жидкости. Жидкий хладагент выходит из блока 30 через трубопровод 31 и может быть направлен к блоку для ограничения потока, обычно выполненному в виде расширительного клапана. Одновременно с конденсацией хладагента в контейнере 30 аналогичным образом происходит конденсация масла, которое может все еще присутствовать в хладагенте. Масло имеет большую плотность, чем хладагент, и, следовательно, опускается на дно контейнера 30, при этом через отверстия 33 происходит заполнение резервуара 22 маслом и хладагентом. Из резервуара 22 масло может быть извлечено через трубопровод 24, возможно,
при помощи клапана 25.
При применении данного изобретения в соответствии с описанием масло может быть охлаждено до оптимальной температуры для его всасывания в винтовой компрессор. Если масло вводится в винтовой компрессор вблизи впускного отверстия для всасываемого газа, то происходит автоматическое всасывание масла в компрессор.
Масло должно быть настолько холодным, чтобы не вызывать нагрева всасываемого газа, поскольку расширение хладагента понижает эффективность компрессора.
При дальнейшем охлаждении масла до его возврата в компрессор имеется возможность доведения температуры масла до оптимальной температуры относительно, например, винтового компрессора. Выбор температуры масла для винтового компрессора всегда связан с рядом компромиссов. Масло должно иметь достаточно высокую температуру для того, чтобы обладать хорошими смазочными характеристиками, но в то же время должно иметь настолько низкую температуру, чтобы не происходило ненужного нагрева хладагента, приводящего к расширению хладагента и снижению эффективности компрессора. При контролируемом смешивании охлажденного масла и горячего масла, извлеченного из маслосборника, может быть получена идеальная температура для винтового компрессора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Охлаждающая система (2), содержащая по меньшей мере один компрессор (4), имеющий по меньшей мере одно всасывающее впускное отверстие (6) и по меньшей мере одно всасывающее выпускное отверстие (8), и по меньшей мере один конденсатный блок (10), который при помощи линии (12) для хладагента соединен по меньшей мере с одним ограничительным элементом (14), соединенным по меньшей мере с одним испарителем (16), при этом конденсатный блок (10) содержит по меньшей мере один маслоотделитель (18, 20), из которого масло направляется через трубопровод (24) обратно в компрессор (4), отличающаяся тем, что конденсатный блок (10) и маслоотделитель (18, 20, 22) встроены в общий резервуар (26) под давлением, содержащий по меньшей мере один маслосборник (28) и конденсатный контейнер (30), охлаждаемый при помощи теплообменника, через который проходит первый хладагент (32), причем конденсатный контейнер (30) взаимодействует с маслоохладителем (20, 42), установленным в соединении с указанным контейнером (30), при этом между дном конденсатного контейнера (30) и маслоохладителем (20, 42) установлено жидкостное и газовое соединение, и масло из маслосборника (28), расположенного у дна общего резервуара (26) под давлением, направляется через теплообменник (42) маслоохладителя обратно в компрессор (4).
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что смесь хладагента для охлаждения масла, концентрация которой увеличена путем испарения хладагента в контейнере (22) маслоохладителя, направляется по меньшей мере через один клапан (25) обратно в компрессор (4).
3. Система по п,2, отличающаяся тем, что маслоохладитель (22, 42) встроен в конденсатный контейнер (30).
4. Система по любому из п.п.1-3, отличающаяся тем, что теплообменник (31) охлаждается с помощью хладагента (32), проходящего через него, и содержит одну или более труб, по которым проходит хладагент (32).
5. Система по любому из п.п. 1-3, отличающаяся тем, что теплообменник (31) охлаждается с помощью хладагента (32), проходящего через него, и выполнен в виде пластинчатого теплообменника.
6. Система по любому из п.п. 1-5, отличающаяся тем, что она образует
теплонасосную систему.
7. Система по любому из п.п. 1-5, отличающаяся тем, что она
используется в качестве холодильной установки.
8. Система по любому из п.п.1-5, отличающаяся тем, что она образует комбинированную охлаждающую и теплонасосную систему.
9. Система по любому из п.п.1-8, отличающаяся тем, что конденсатный контейнер (30) и контейнер (22) маслоохладителя встроены в общий кожух (22, 30), расположенный в контейнере (26) с поддерживаемым давлением.
10. Способ конденсации, отделения масла и охлаждения масла в
системе по любому из п.п.1-9, в котором отделение масла, конденсацию и
охлаждение масла выполняют в виде последовательности следующих этапов:
(a) сжатый хладагент направляют в резервуар (26) под давлением,
(b) хладагент проводят по первой внутренней поверхности резервуара (26) под давлением и наружной поверхности конденсатного резервуара (30),
(c) хладагент с остатками масла всасывают в конденсатный резервуар
(30),
(d) хладагент с остатками масла конденсируют путем теплообмена с первым хладагентом,
(e) масло отделяют, в результате чего происходит увеличение концентрации масла в контейнере (22) маслоохладителя,
(f) конденсированный хладагент выводят из конденсатного резервуара (30) через выпускное отверстие (31),
(д) масло направляют из маслосборника (28) через теплообменник (42) и трубопровод (40) обратно в компрессор,
(п) хладагент в контейнере (22) маслоохладителя испаряют путем введения в контакт с горячим маслом, проходящим в теплообменнике (42), и охлаждают тем самым масло в теплообменнике (42),
(i) хладагент, испаренный на этапе охлаждения масла, направляют в теплообменник (31) конденсатора, где выполняют его повторную конденсацию.
Охлаждающая система и способ отделения
1/2
,10
ч32
v12
Фиг. 1
Охлаждающая система и способ отделения масла
2/2
10 ч
•26
2?!
30,
¦'А
..-31 ! !
35-.
•33
-33
,¦33 !
28- 22
36- \
-t-24
Фиг. 2