[发明专利]具有降膜蒸发器和水平的油分离器的冷冻器或热泵

说明书

背景技术

本发明涉及具有中到高冷却能力(通常约100kW及更高)的用于制冷和空调或热泵的机器，其使用蒸汽压缩循环，包括与润滑压缩机相结合的降膜或混合降膜蒸发器，该润滑压缩机连接到与该压缩机分立的油分离器。

在为节能和温室气体减排所做的研究的领域中，所寻求的是高的设备效率和低的制冷剂充注量。为了达到这些目标，正在对系统中的所有部件做出改进：压缩机、变速驱动器、制冷剂的优化选择、油分离器、热交换器等。大多数的压缩机需要大量的润滑，这些润滑类似地产生将来自压缩机的大量油携带进入制冷剂回路。这些被夹带到制冷剂回路的油接下来必须通过一个足够的油返回系统返回到压缩机，以避免各种不同的不利影响诸如热交换器性能的退化。对螺杆压缩机尤其是如此：这些机器需要特别大量的润滑来确保转子之间适当的气密性，且避免对在转子间的额外的同步齿轮的需要。因此，螺杆压缩机往往需要一个定位在压缩机排出口和冷凝器入口之间的容器，通常也被称为油分离器。一个与制冷机器和热泵有关的难点在于对制冷剂回路中的油的管理。这要求在油携带、油返回系统和热交换器技术之间的细致组合。

除了将油从排出气体中分离以外，此容器或油分离器或分离器容器通常还有作为用于压缩机的集油槽的功能。分离器容器或油分离器可以基于若干运行原理。最常用的包括：

——冲击分离：将油和气体的两相混合物喷射到容器的一个壁上或到容器的端部，提供分离的第一阶段。

——重力分离：混合着油的气体被允许在容器中行进，或者水平或者垂直向上地；这允许处于液相的油的较大液滴有足够的时间被重力驱使朝向容器的底部。

——过滤垫分离：混合物被迫使通过充当过滤器的一个由紧密间隔的和/或细密交织的丝或线制成的垫。在一个实施方案中，过滤垫可能包括一个线网。根据像这样的过滤器制造商的规程，过滤垫通常水平安装，其中气体的流通被导引向上。过滤垫的过滤水平相对粗糙；它不会阻止被夹带在气体或雾中的非常细小的液滴，但是和重力分离比较可以去除更小的液滴。

——离心分离：油和气体的两相混合物沿切线方向被引入圆筒形容器。涡旋运动易于将油滴喷射到容器的圆筒形壁上，在该壁上油滴凝聚并落向容器底部。类似于重力分离，离心分离允许去除最大的油滴。

——凝聚过滤器：油和气体的两相混合物被迫使通过充当过滤器的盒子(cartridge)。过滤器的材料通常是玻璃纤维。该过滤与过滤垫(见上文)相比要细密得多。例如，在制冷剂回路运行过程中，凝聚过滤器基本上可以阻止1μm(微米)或更大直径的液滴通过该凝聚过滤器。在一个典型的实施方案中，凝聚过滤器一般允许按质量计大约1至10百万分率(PPM)的夹带在制冷剂流中的油滴从分离器排出。

在单个分离器中经常同时实施若干种不同的原理。例如，当使用凝聚过滤器时，它们通常被安装以增补一个过滤器或分离器，该过滤器或分离器可以包含一种或多种工作原理，诸如：冲击分离、重力分离、离心分离、和/或过滤垫分离。在油分离器的设计中，难点在于找到各个参数之间的最佳折衷，所述参数诸如：价格、大小、安装的容易度、压降、可靠性以及当然还有分离效率。

油分离器的典型设计包括：

——一个水平设计，具有多个凝聚过滤器。图1示出了这个众所周知的设计的一个实施例。分离以在容器的一个端部的冲击作为开始，接着是重力分离区段——这区段也可以用作集油槽，最后由凝聚过滤器完成。

——一个垂直旋流器设计，具有一个凝聚过滤器(没有示出)。

当恰当地实施时，这些设计通常由于凝聚器元件而提供高效的油分离。然而，凝聚过滤器有一些缺点。它们往往相对昂贵。如果凝聚过滤器没有安装恰当，一些串联的分离器可能不能满足操作规格。如果有可能想要检查和去除过滤器，则需要昂贵的额外凸缘或提供进入的人孔(man hole)，这也会增加制冷剂泄漏的风险。此外，对具有内部凝聚过滤器的容器的液压安全测试会增大破坏这些过滤器的风险，并且在测试完成后还有合适地清空和干燥容器方面相关的困难。